近年来,由于工农业的飞速发展,所伴随的环境污染问题日益严重,其中重金属污染问题尤为突出,如何有效解决重金属污染问题,一直是研究人员的研究重点。碳基复合材料由于其优异的理化特性,非常适合应用在重金属废水的处理过程中。本文制备了三种富含羧基的碳基复合材料:片状Fe₃O₄/羧基碳复合材料、TiO₂/羧基碳复合材料、Fe₃O₄/羧基碳复合材料,并将三种碳基复合材料分别应用于含铬废水中Cr（Ⅵ）的光催化还原以及含铜废水中铜离子的吸附。此外,以钢厂酸洗含铁废水和电镀含镍废水为原料制备了基于NiFe₂O₄的重金属污泥,将该重金属污泥作为电极材料组装成水系对称电池并进行了电池性能的研究。主要研究内容如下:（1）以FeSO₄·7H₂O、葡萄糖和EDTA为原料,通过低温碳化法一步合成了富含羧酸铁配合物的片状Fe₃O₄/羧基碳复合材料。片状Fe₃O₄/羧基碳复合材料以片状无定形碳作为载体,Fe₃O₄纳米颗粒均匀地分散在碳片中,并与EDTA中羧基配位形成羧酸铁配合物(Fe^Ⅱ（R-COO_）n^2-n和 Fe^Ⅲ（R-COO）_n^3-n)。片状Fe₃O₄/羧基碳复合材料中存在大量的羧酸铁配合物,使得该材料具有优异的可见光吸收能。可见光照射下,Fe^Ⅱ（R-COO）_n^2-n和Fe^Ⅲ（R-COO）_n^3-n之间的Fe（Ⅱ）/Fe（Ⅲ）光催化循环,使得片状Fe₃O₄/羧基碳复合材料具有优异的可见光光催化还原Cr（Ⅵ）能力。此外,反应完成后,片状Fe₃O₄/羧基碳复合材料可通过磁性分离。（2）以钛酸四丁酯、葡萄糖和EDTA为原料,通过低温碳化法合成了TiO₂/羧基碳复合材料。通过Raman,SEM,EDS和TEM的表征,证实了TiO₂/羧基碳复合材料为纳米TiO₂颗粒均匀地分散在片状无定形碳中的结构。通过FT-IR和XPS谱图证明了TiO₂/羧基碳复合材料中含有大量羧基,并与TiO₂颗粒形成了TiO₂/EDTA配合物。TiO₂/羧基碳复合材料具有优异的可见光吸收性能和光催化还原Cr（Ⅵ）能力。可见光下,TiO₂/EDTA配合物通过配体到金属的电荷转移过程（ligand-to-metal charge transfer,LMCT）实现对Cr（Ⅵ）的光催化还原。（3）以FeSO₄·7H₂O和葡萄糖酸钠作为原料,通过一步低温碳化法合成Fe₃O₄/羧基碳复合材料。葡萄糖酸钠中的羧基与Fe（Ⅱ）配位形成羧酸铁配合物。在低温碳化过程中,部分羧酸铁配合物热分解为Fe₃O₄,大量的羧基仍保留在无定形碳中。Fe₃O₄/羧基碳复合材料富含的羧基有利于对水中Cu（Ⅱ）的吸附。Fe₃O₄/羧基碳复合材料具有优异的Cu（Ⅱ）吸附性能,其最大吸附容量为66.67 mg/g。以Fe₃O₄/羧基碳复合材料为吸附剂,进行了吸附动力学与热力学的研究。在各种动力学和等温线模型中,准二级动力学模型和Langmuir模型更符合Fe₃O₄/羧基碳复合材料对Cu（Ⅱ）的吸附过程。吸附结束后,Fe₃O₄/羧基碳复合材料可通过磁性分离。Fe₃O₄/羧基碳复合材料具有优异的稳定性,在酸性溶液中脱附后,可循环使用。（4）以钢厂酸洗含铁废水和电镀含镍废水为原料,经中和沉淀以及水热反应,获得基于NiFe₂O₄的重金属污泥。将基于NiFe₂O₄的重金属污泥作为电极材料,构建NiFe₂O₄//NiFe₂O₄水系对称电池。经电化学性能测试分析,Ni Fe2O4//NiFe₂O₄水系对称电池在放电电流密度为0.5 A/g时,比容量为23.1 mAh/g。NiFe₂O₄//NiFe₂O₄水系对称电池也具有一定的循环寿命,在500次充放电循环后,比容量仍能维持在最大比容量的90%。通过XRD和毒性浸出实验的检测分析,经过500次充放电循环后,NiFe₂O₄仍表现出良好的稳定性,可视为一般的工业废物。