汞作为危害最大的重金属之一，被广泛应用于农药、氯碱化学、电池、电子器件等行业。水中的汞离子活性高，对人体健康和生态系统产生严重威胁。因此，汞污染的治理已成为全球环境科学技术领域关注的主要问题之一。研究和开发能高效去除水生环境中汞离子的吸附材料成为保障生态环境安全的迫切需求。本文以有机聚合物为基质，制备了一系列对汞离子具有优异吸附性能的聚合物基复合材料。具体研究内容和结果如下：1. 以聚乙烯醇（PVA）为致孔剂，羧甲基壳聚糖（CCTS）为骨架，用戊二醛（GLA）做交联剂，将聚乙烯亚胺（PEI）通过一步席夫碱反应交联到羧甲基壳聚糖上得到多孔的、半互穿的三维网络结构的聚乙烯亚胺功能化的羧甲基壳聚糖纳米吸附剂（HPFC），发展出一种对Hg(II)离子具有优良的选择吸附去除性能的材料。该材料具有以下特性：1g/L的 HPFC对浓度798.1 mg/L Hg(II)吸附45min后，去除率达到99.9%，Hg(II)的浓度下降至0.02 mg/L，低于国家污染排放标准；最大吸附容量1594 mg/g，有很强的耐酸性，当溶液pH低至1.5时，Hg(II)去除率仍然高达90%；吸附选择性好，对Hg(II)的吸附系数比对Cu(II)、Cd(II)、Pb(II)离子的吸附系数高3~4个数量级；稳定性好，5次重复使用后对Hg(II)去除率仍不低于90%。通过FTIR和XPS光谱分析，结合密度泛函理论（DFT）计算，阐明了吸附剂对汞离子的高效选择性吸附机理。 2. 为降低原料成本，进一步提高吸附剂的吸附容量和吸附选择性，更好的满足实际生产的需要，我们将巯基改性后的蒙脱石（MT-S）分散到上述HPFC基质中，通过优化MT-S的添加量，合成了具有优异吸附性能的有机聚合物/蒙脱石纳米复合材料（HPFC/MT-S）。适当添加量下，MT-S以片层的形式均匀分散在有机物基质中。复合材料的比表面积、孔体积和孔径分布较纯的HPFC均有所改善，且随着MT-S添加量的变化而有规律的变化。研究发现，HPFC/MT-S对汞离子的吸附并非有机基质和粘土吸附的简单加和，而是提高了吸附容量。最佳条件下，1000 mg/L Hg(II)经HPFC/MT-S吸附后浓度下降至0.031 mg/L，最大吸附容量1875 mg/g，高于目前文献报道的其它粘土基吸附剂。同时，MT-S的引入进一步提高了材料对汞离子的吸附选择性，吸附系数比对Cu(II)、Cd(II)、Pb(II)离子高出4~5个数量级。该吸附剂在多次重复使用后，性能仍保持稳定。3. 以上所研究的纳米复合粉体材料具有化学性质稳定，合成过程简单，成本低廉，吸附性能优异等特点，但在吸附剂分离，有毒污泥处理和金属回收等方面还有待进一步提高。为此，以聚偏氟乙烯（PVDF）为基质，用环氧氯丙烷（ECH）将PEI交联到PVDF上，得到氨基功能化的多孔PVDF（PVDF/PEI）膜。研究表明，适量的PEI的加入不仅有利于形成疏松多孔的结构，同时还使膜具有良好的重金属离子捕获能力。最佳条件下，膜对Hg(II)离子的最大吸附容量为1036 mg/g。对于初始浓度为400 mg/L Hg(II)溶液，30 min的去除率能达到97%。PVDF/PEI对Hg(II)吸附主要为化学螯合、离子交换、静电相互作用等综合的化学物理过程。4. 膜的水处理应用中，如何提高膜的机械强度和亲水性仍然是个挑战。在我们的工作中，将MT-S和亲水性试剂PVP引入PVDF/PEI膜中，合成了具有较高机械强度和优异的亲水性的聚合物/粘土复合吸附膜。改性后的复合膜具有良好的拉伸性能，最大拉伸强度为2.093 MPa。同时由于亲水性的增强，膜内活性位点的利用率提高，最大吸附容量为由原来的601 mg/g进一步提升至771 mg/g。本文制备的聚合物基复合材料既含有来自有机相的对重金属起螯合作用的活性官能团，又含有来自无机粘土相的纳米效应和高比表面积的优势，因而不但具有良好的物理化学性能等，还具有优异的重金属离子吸附性能。通过调节复合材料上的有机官能团种类（如：–NH2、–OH、–COOH等），实现废水中汞离子的选择性去除，并揭示其对汞离子的吸附机理，为实际应用奠定理论基础。