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如今，工业废水任意排放造成的水体环境污染问题日益突出。传统的处理方法已不能满足工业发展的需要，而生物吸附材料因其廉价、高效、易再生和环境友好等优点备受人们的关注。其中，壳聚糖作为一种天然高分子生物吸附材料，具有资源丰富、无毒、易降解、无二次污染等特点，在水处理领域受到高度重视和广泛研究。然而，壳聚糖因酸性条件下易溶解、沉降慢、稳定性差、再生难等问题，从而限制了其在废水处理中的应用。研究表明，壳聚糖通过交联可以增强其稳定性，提高抗酸性能;而壳聚糖在一定条件下与过渡金属离子具有较强的配位能力。因此，我们根据壳聚糖的这两个种特点，设计了一类具有吸附容量高、抗酸性能好的过渡金属壳聚糖复合材料。 本研究以壳聚糖为母体，利用四价态的过渡金属（Zr4+和Ti4+）与壳聚糖进行配位反应，将Zr4+和Ti4+键合到壳聚糖分子上;再通过戊二醛交联，从而获得新型的Zr4+-壳聚糖复合材料(Zr-CTS)和Ti4+-壳聚糖复合材料(Ti-CTS)。利用新制备的Zr-CTS和Ti-CTS复合材料对水中重金属和有机染料进行吸附性能的研究。本课题的内容主要分为以下四个部分: 第一部分:以氧氯化锆和壳聚糖为原料，在一定实验条件下通过两者之间的配位反应，再经戊二醛交联后制备Zr-CTS复合材料，并用来研究对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能。利用红外光谱仪(FT-IR)，X射线靶向多晶衍射仪(XRD)，扫描电镜(SEM)，能谱分析仪(EDS)，热重分析仪(TGA)和比表面积分析仪(BET)对Zr-CTS复合材料进行表征。讨论溶液的pH值、初始浓度、接触时间、温度以及共存离子对Zr-CTS复合材料吸附Cr(Ⅵ)的吸附容量的影响。实验数据表明:Zr-CTS复合材料具有良好的稳定性和抗酸性能;Zr-CTS复合材料对水中Cr(Ⅵ)的吸附机理为静电吸附和配体交换吸附共同作用的结果。吸附平衡数据符合Langmuir等温理论，在最佳实验条件下，最大吸附量高达175 mg/g，明显高于其他同类型的吸附剂。准二级动力学方程能很好的描述整个吸附过程，说明吸附过程以化学吸附为主。热力学结果表明Zr-CTS复合材料对Cr(Ⅵ)的吸附反应为自发的吸热反应。再则，共存离子Cl-，NO3-，SO42-离子对其吸附容量有一定的影响。吸附在Zr-CTS复合材料上的Cr(Ⅵ)可以用0.05 mol/L的NaOH进行脱附，脱附效率高达91％。 第二部分:以钛酸四丁酯和壳聚糖为原料，利用配位反应和戊二醛交联法合成了Ti-CTS复合材料，用来研究水中Cr(Ⅵ)的吸附和还原性能。利用FT-IR，XRD，SEM，EDS，TGA，BET和XPS对Ti-CTS复合材料吸附Cr(Ⅵ)前后进行了表征。讨论了各种实验条件对吸附容量的影响，如pH值，初始浓度，接触时间，温度和共存离子。研究表明，Ti-CTS复合材料具有一定的抗酸性能;吸附数据可以用Langmuir等温理论和准二级动力学方程来描述，最大吸附容量为171 mg/g。热力学参数△G°，△H°，△S°的数据表明整个吸附过程为吸热反应且能自发进行。共存离子(Cl-，NO3-，SO42-)对吸附具有一定程度的影响。根据FT-IR和XPS谱图分析以及不同溶液中Cr(Ⅲ)，Cr(Ⅵ)和总Cr的分析表明，Ti-CTS复合材料对水中Cr(Ⅵ)的清除机理为吸附、还原和再吸附的过程。 第三部分:利用新制备的Zr-CTS和Ti-CTS两种复合材料对水中V(Ⅴ)进行了吸附性能的研究。FT-IR，XRD，SEM和EDS对两种复合材料吸附V(Ⅴ)前后进行了表征。讨论了溶液pH值、初始浓度、接触时间、温度以及共存离子对吸附容量的影响，进一步分析了两种材料对V(Ⅴ）吸附的等温理论，动力学和热力学过程。结果表明: Zr-CTS复合材料对V(Ⅴ)的吸附速率要明显高于Ti-CTS复合材料;吸附数据可以用Langmuir等温理论和准二级动力学方程来描述，最大吸附容量分别为208 mg/g和219 mg/g，此数据要明显高于其他研究的材料。两种复合材料对V(Ⅴ)的吸附反应均为自发的吸热反应，共存离子对吸附量具有一定程度的影响。已吸附V(Ⅴ)的复合材料可以采用0.01 mol/L的NaOH进行脱附，脱附效率超过90％。 第四部分:将Zr-CTS和Ti-CTS两种复合材料应用于水中橙黄Ⅱ染料的去除研究。利用FT-IR，XRD，SEM和EDS对两种复合材料吸附橙黄Ⅱ前后进行了表征，讨论了溶液pH值、初始浓度、接触时间和温度对其吸附容量的影响。通过实验对比，Zr-CTS复合材料能快速高效的清除水中的橙黄Ⅱ; Zr-CTS复合材料对橙黄Ⅱ的反应速率明显高于Ti-CTS复合材料。吸附数据符合Langmuir等温理论和准二级动力学方程，最大吸附容量分别为952 mg/g和1163 mg/g。两种材料对橙黄Ⅱ的吸附过程都是吸热反应和自发进行的;两种复合材料均能实现快速脱附，并具有良好的重复使用性能，在染料废水处理方面具有很好的应用潜力。