工业技术的发展伴随着严重的金属污染,有毒重金属污染物不仅会破坏生态平衡、影响环境还会危害人类生命安全,而稀有贵金属因无法得到合理的分离回收造成资源浪费。为了研究方便,本论文将金属污染物的研究内容分为环境污染型重金属的吸附与资源回收型高值贵重金属的回收两部分。环境污染型重金属的研究对象为常见的重金属（铅、铜、镉和锰等）以及砷污染,资源回收型高值贵重金属的研究对象为金和铂。吸附法作为一种被广泛研究的处理技术,具备操作简单、处理速率快、应用范围广、节省成本等优势,然而当前吸附剂存在生产成本高、吸附性能低、粉末状不易循环回收、二次污染等问题,不仅如此,在实际去除过程中无法大规模工业化。因此,需要合理设计出具有宏观尺度、三维结构多孔通道、丰富的活性位点、高比表面积、低成本、绿色环保和可扩展的新型吸附材料,考察其对有毒重金属的去除及高值贵重金属的分离回收性能、探究其与目标金属之间的选择性相互作用机制,评估实际污染体系中的处理效能,可望为有毒重金属的处理及贵金属的回收提供可靠的科学依据与创新解决方案。本论文的主要研究内容包括:1、对于常见环境污染型重金属,廉价、绿色、高效和可再生的吸附剂是解决重金属污染问题的关键,本章通过自组装和原位肟化转化交联法设计并制备出具有宏观尺度的三维网络分级孔结构的聚偕胺肟/细菌纤维素（PAO/BC）复合气凝胶,实现了对重金属的高效去除。长链聚偕胺肟与生物相容的BC复合交联后不仅得到分级孔结构,胺基化的修饰也带来了功能活性位点（偕胺肟官能团）。PAO/BC气凝胶对常见的重金属离子如Pb2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、Cd2+的饱和吸附容量分别为 571.5 mg g-1、509.2 mg g-1、494 mg g-1、457.2 mg g-1、382.3 mg g-1,远高于文献报道的其他吸附剂,表明PAO/BC气凝胶具有优异的广谱性吸附性能。由于其独特的三维网络及分级多孔结构,可在短时间内（25 min）实现接近100%的目标重金属离子的去除,此外PAO/BC气凝胶较高的机械性能和较强的稳定性,有利于多次循环回收利用。PAO/BC气凝胶可连续处理19.3 L实际废水,出水满足世界卫生组织（WHO）规定的饮用水标准,表明其在实际环境下的高效处理能力。2、对于砷污染物,本章创新了一种超快的水相合成策略,在室温下成功制备了宏观尺度铁基金属有机凝胶/细菌纤维素（Fe-MOG/BC）复合材料,具有超轻、亲水、分级多孔结构和较高的机械性能等特点。丰富的功能基团提升了对砷酸盐的吸附性能（495 mg g-1）,分级多孔结构促进砷酸盐的传质,加快吸附速率。此外,Fe-MOG/BC对As（Ⅴ）具有高选择性和优异的循环性,在实际水处理中拥有超高的As（Ⅴ）废水处理能力。简单的制备条件、较低的生产成本、可批量大规模生产等优势,预示着该材料在实际含砷废水处理中具有广阔的应用前景。3、除环境污染型重金属外,电子废弃物中高值贵金属的吸附回收也尤为重要,本章设计了一种合成快速、易规模化的水相自组装策略制备了三维分级多孔聚酰亚胺二肟（PIDO）膜,研究了其对电子垃圾中金的分离回收性能。结果表明,PIDO膜对Au（Ⅲ）的饱和吸附量达到了 9250 mg g-1的最高记录。在Au（Ⅲ）浓度为100 mg L-1时,PIDO膜可在8 min内达到吸附平衡,展现超高的吸附回收性能。在实际CPU浸出液中,PIDO膜可以高效选择性富集Au（Ⅲ）并将其还原为Au（0）,热解后的金箔纯度可达23.6 K。PIDO膜制备简单、成本低、可大量生产,表明其在电子废弃物中贵金属回收领域具有巨大的工业应用前景。4、除金外,贵金属铂（Pt）被广泛应用于汽车和珠宝行业,具有重要的经济价值。在上述工作的基础上,提出一种聚合物交联涂覆热解法一步制备了分级多孔PIDO/PEI膜。通过还原捕集机制,PIDO/PEI对Pt的吸附量高达4185 mg g-1,可在9 min内回收99%的Pt,并对实际贵金属催化剂中的Pt具有超高选择性。由于制备简单、生产成本低、吸附性能高、可批量规模化生产、较强的结构稳定性和可循环使用等特性,PIDO/PEI复合膜有望在工业催化剂贵金属回收方面发挥重大作用。