纤维素是世界上最丰富的可再生生物质资源,具有生物相容性好,易生物降解和环境友好等优点。基于这些特性,以纤维素为基材制备的水凝胶,非常适用于生物医学,药物控制释放,重金属离子处理等领域。本论文合成了对重金属结合力强的纤维素基水凝胶,研究了其对重金属离子的吸附行为。并制备了双膜结构水凝胶,对复合药物进行了控制释放。以NaOH/脲体系溶解纤维素,以丙烯酰胺（AM）为单体,二乙烯三胺（DETA）为功能化反应物制备了纤维素基水凝胶。研究了单体用量对水凝胶的溶胀性能和吸附Cu²⁺能力的影响。通过红外光谱（FTIR）和扫描电镜（SEM）对水凝胶的化学结构和形貌结构进行表征。结果表明,多孔洞水凝胶中的纤维素链段上引入了羧基和胺基,水凝胶的溶胀率随着单体用量的增加,先增加后降低,在pH=7时,溶胀率最大可达9100%。Cu²⁺的吸附量随着单体用量和环境pH值的增加,先增加后降低。在单体与纤维素质量比为5:1,pH=7时,Cu²⁺的去除率最高,水凝胶对Cu²⁺的最大吸附量可达229 mg/g。水凝胶对Cu²⁺的等温吸附的动力学分别符合Langmuir模型和准二级动力学模型。同时吸附Cu²⁺和Pb²⁺,研究了Cu²⁺和Pb²⁺的竞争吸附行为。并以纳米纤维素为填料,作为增强相加入到水凝胶中,探究了纳米纤维素的添加量对复合凝胶力学性能和循环使用效率的影响。结果表明,Pb²⁺的存在抑制了水凝胶对Cu²⁺的吸附,Pb²⁺与Cu²⁺存在拮抗作用,Cu²⁺和Pb²⁺的双组分竞争吸附符合LCA模型,水凝胶对Pb²⁺的选择性高于Cu²⁺。添加纳米纤维素可以显著提高水凝胶的力学性能和循环使用次数,当添加量为3.5%时,复合凝胶的压缩强度为0.073 Mpa,循环使用5次后,Cu²⁺的去除率仍能达到76%。用阳离子纤维素和阴离子海藻酸钠制备出具有双膜结构的生物相容性水凝胶。双膜水凝胶的结构包括由纯海藻酸盐组成的外膜,通过阳离子纤维素和阴离子海藻酸盐之间的静电作用增强结构稳定性的内部复合水凝胶。外层的厚度可以通过持续吸附纯海藻酸盐的时间来调节,吸附3 h后,厚度达到最大值700μm。将两种药物（茶碱,牛血清白蛋白）引入水凝胶的不同膜中,实现两种药物不同的释放行为,即外部水凝胶中的药物快速释放,内部水凝胶中的药物持续缓慢释放。