近年来,含重金属废水的排放量越来越大,重金属污染问题已经越来越引起人们的重视。废水中的重金属离子在生物体内残留时间长、毒性大、不易被生物降解,对水生生物和人体健康有较大的危害作用。壳聚糖是一种天然高分子化合物,是甲壳素经过脱乙酰作用得到的一种聚合物,壳聚糖分子链中含有丰富的羟基、羧基和氨基等活性官能团,可以和多种重金属离子发生配位反应,形成配位化合物,显著增强吸附剂的吸附能力。同时,由于壳聚糖具有获取方便、成本低廉、无毒、不产生二次污染等优点,被广泛应用于处理重金属废水。但由于壳聚糖在酸性环境下易流失且回收困难,化学稳定性及机械强度较低,在一定程度上限制了其在重金属废水处理领域的应用。为了克服壳聚糖的这种缺陷,本文围绕壳聚糖治理水体重金属污染物展开。以水溶液中的重金属Cu（Ⅱ）、Cr（Ⅵ）和Pb（Ⅱ）为目标污染物,通过交联、固定、接枝复合等方法,对壳聚糖进行了化学改性,共制备了四种改性壳聚糖吸附剂,应用于含铜、铬、铅废水的处理。通过透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线衍射图谱（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、比表面积及孔径分析等监测手段对四种改性壳聚糖吸附剂进行了表征分析。从制备方法、单一反应条件、吸附动力学、吸附热力学和吸附等温线等方面对四种吸附剂的吸附效果作了综合评估。系统探讨了各种吸附条件,如溶液的初始pH值、重金属离子溶液的初始浓度、反应时间、反应温度、Zeta电位、溶液电解质等方面对吸附效果的影响,确定了不同吸附剂的最佳吸附条件,探究了不同吸附剂对废水中Cu（Ⅱ）、Cr（Ⅵ）和Pb（Ⅱ）的吸附机理。具体的研究内容及成果主要为以下四个方面:（1）基于吸附法和纳米材料的优点,制备了纳米磁性颗粒（Fe₃O₄）、磁性纳米壳聚糖（CCM）和磁性啤酒酵母菌/壳聚糖纳米颗粒（Immobilizing Saccharomyces cerevisiae on the surface of chi to san-coated magnetic nanoparticles,SICCM）。我们通过透射电镜（TEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）和X射线衍射图谱（XRD）等方式对所制得的吸附材料进行了表征。表征结果显示SICCM的粒径约为100 nm。将制得的SICCM进一步用于水溶液中Cu（Ⅱ）的吸附实验,并研究了吸附过程中单一因素对吸附效果的影响及吸附机理。一定范围内,溶液pH升高、初始浓度升高、温度升高能够增强SICCM对Cu（Ⅱ）的吸附效果。pH值为4.5时,吸附量达到最大值96.2 mg/g。吸附动力学研究表明SICCM对Cu（Ⅱ）的吸附效率显著,15 min后接近最大吸附量的98%,1h以后吸附完成,且保持较好的吸附效率稳定性。吸附过程符合准二级动力学方程。吸附等温线与吸附热力学进一步研究表明吸附过程更加符合Langmuir吸附模型,通过Langmuir等温方程的拟合计算,在28℃、38℃和48℃的温度条件下,SICCM吸附Cu（Ⅱ）的最大吸附容量分别为148.94 mg/g、161.73 mg/g和176.35 mg/g。吸附过程是自发的吸热过程,吸附效率快并伴随一定程度的粒子内扩散。（2）以水葫芦的生物质为原料,经氯化铁溶液浸泡处理后煅烧,制备成磁性水葫芦生物炭（MB）,以便于吸附完成后从水溶液中分离。再利用壳聚糖对磁性生物炭进行改性制备了改性壳聚糖/磁性水葫芦生物炭（Chitosan modified magnetic Eichhornia crassipes biochar,CMMB）。通过各种监测手段表征研究CMMB的结构特征与性质,并用于去除水溶液中铬离子。对壳聚糖改性前后的材料MB和CMMB的磁性能进行了分析,发现饱和磁化强度Ms未发生改变。Zeta电位分析CMMB的零电位点pHZPC为6.27。将制备好的MB和CMMB用于水溶液中Cr（Ⅵ）的对照吸附研究及吸附机理研究,相比MB,CMMB对Cr（Ⅵ）的吸附效果更加显著。评价了初始pH值和溶液背景电解质对吸附量的影响。初始pH值较高时,CMMB对Cr（Ⅵ）吸附能力较弱,在pH为2时,吸附效果最好,静电吸引作用有利于Cr（Ⅵ）的吸附。通过吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学模型进行拟合,实验数据符合准二级动力学模型及Langmuir模型,单分子层吸附占主要地位。吸附剂在20℃、30℃和40℃下的最大吸附量分别为154.14mg/g,159.27 mg/g,170.54mg/g。CMMB对水溶液中Cr（Ⅵ）的吸附过程是自发进行的吸热反应。（3）平菇所含的丰富纤维素是一种天然高分子聚合物,以平菇这种天然生物吸附剂为主要原料,用酒石酸对其进行改性,制备成改性平菇粉末（POP）。用壳聚糖进行固定化,制备出新型生物吸附剂改性壳聚糖/平菇凝胶微球（Chitosan modified P.ostreatus hydrogel beads,CPHB）。再通过交联等手段,强化了新型吸附剂的机械强度,用于去除水溶液中的Cr（Ⅵ）。对CPHB分别做了透射电子显微镜（TEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、Zeta表面电位等表征分析。改性后的CPHB提高了其在酸性介质中的稳定性和机械强度,表面呈较规则球状,孔内结构变得更为发达,这为吸附过程提供了较大的比表面积,有利于提高吸附剂的的吸附能力。吸附后的CPHB-Cr（Ⅵ）内部结构呈网状,结构更加密实。这些有利因素大大增加了吸附剂对Cr（Ⅵ）的吸附能力。研究了不同pH值、吸附反应时间和Cr（Ⅵ）溶液初始浓度浓度对吸附效果的影响。发现吸附量随着溶液pH值的升高而降低,当初始pH值大于8后,吸附量非常小。实验最佳pH为2,此时达到最大吸附量81.21 mg/g。吸附剂对Cr（Ⅵ）的吸附平衡时间为6h。吸附量与Cr（Ⅵ）溶液初始浓度之间存在一定的关系,随着浓度的升高而增加。当溶液初始浓度>600 mg/L时,吸附量达到饱和状态。其动力学符合准二级动力学模型。进一步研究表明实验数据更符合Freundlich等温线模型,拟合的最大吸附量为196.83 mg/g。热力学实验表明CPHB对Cr（Ⅵ）的吸附过程是自发进行的吸热反应。（4）本文制备出氨基改性壳聚糖多孔凝胶微球（Amino modified porous chitosan hydrogel beads,AMCHB）,用于吸附水溶液中Pb（Ⅱ）。通过扫描电镜（SEM）对吸附前后吸附剂表面形貌和内部结构进行了观测。利用FTIR红外光谱仪测定了红外图谱,分析了吸附剂表面基团的变化情况。通过X射线光电子能谱（XPS）进一步对AMCHB吸附前后的元素构成和化学成分进行了详细的分析。表征结果表明改性后的AMCHB稳定性大大提高。氨基在APCHB对Pb（Ⅱ）吸附中起主要作用,氨基保护—释放和氨基接枝能有效地增加吸附剂的氨基数量,提高吸附剂的吸附能力。通过Zeta电位分析,研究了表面电荷的性质和变化规律。测定了AMCHB平均含水率为94.2%。在批量实验中,考察了溶液初始pH、离子强度、反应温度和致孔剂投加量等因素对Pb（Ⅱ）吸附的影响。对AMCHB吸附Pb（Ⅱ）进行动力学、热力学和等温线模型拟合,并探讨了吸附机理。实验数据符合准二级动力学模型和Langmuir等温模型,单分子层吸附为主导。在15℃、30℃和45℃条件下,APCHB对Pb（Ⅱ）最大吸附量分别为295.60 mg/g、307.64 mg/g和312.31 mg/g。热力学研究证明了吸附为自发的吸热过程,温度升高有利于吸附反应的进行。