甲壳素作为天然多糖,来源非常广泛,其通常存在于虾蟹外壳、昆虫表皮以及一些软体动物骨骼中。甲壳素具有很多优异的特性,如易于生物降解、无毒、价格低廉、粘度高和渗透性强等特性。而水凝胶是一种高分子聚合物,分子中有高度亲水的集团,保水能力很强。通过研究以工业级的甲壳素作为原材料并采用原位合成方法模拟贝壳结构,将纳米碳酸钙掺杂进甲壳素凝胶里,获得既有天然高分子又有合成高分子所具备的各自优点的复合材料,使得凝胶发挥了更好的综合性能。甲壳素凝胶借助所含有丰富的亲水性官能团（羟基-和氨基-）,使它们成为高吸收性水凝胶,制备过程无需引入亲水基团,过程简化,而且自身还可以进行生物降解,避免了污染问题。甲壳素水凝胶具有绿色吸附、处理量大及吸附量大等优点,为甲壳素作为功能材料应用于水处理载体方面提供了一定的理论依据。基于以上考虑,本论文内容主要包含以下四个方面:1.甲壳素水凝胶、原位掺杂纳米碳酸钙甲壳素水凝胶（CaCO3/甲壳素水凝胶）的制备。改善甲壳素在常温下不溶于酸碱,形成的凝胶机械性能较差的性质,使得甲壳素具有较好的溶解性,形成的凝胶具有较强的机械性能。首先对碱尿素（11wt%Na OH/4wt%尿素）溶剂体系进行改进,利用新型溶剂（28wt%Na2CO3/20wt%Ca（OH）2/4wt%尿素）在超低温（-40℃）条件下,对其进行溶解。再利用新型溶剂中置换反应的原理,原位生成纳米碳酸钙,利用交联剂环氧氯丙烷对其进行化学交联,于20wt%的无水乙醇条件下进行物理交联。利用扫描电镜（SEM）、红外光谱（FTIR）、拉曼光谱（Raman）、N2吸附-脱附测试（BET）、机械性能测试等手段对材料进行表征分析。表征结果显示纳米碳酸钙与甲壳素成功复合,且复合之后材料性能明显优于原甲壳素水凝胶,有利于吸附的应用。2.甲壳素水凝胶、CaCO3/甲壳素水凝胶对金属Cu2+、Cd2+、Ni2+吸附性能研究。研究不同因素下（初始浓度、吸附剂用量、p H值、温度）两种材料的吸附情况。实验结果表明,两种材料的饱和吸附量均受四种因素影响。通过非线性拟合动力学相关系数表明,符合一级动力学模型,以化学吸附为主,且吸附过程遵循Langmuir模型,以单分子层吸附为主。3.甲壳素水凝胶、CaCO3/甲壳素水凝胶对二元金属体系Cu-Cd、Cu-Ni、Cd-Ni吸附研究。研究不同离子体系下不同环境因素影响(p H值、温度、离子强度情况。结果表明在不同的环境因素影响下,不同离子吸附顺序具有一定的差异性,双离子体系下存在竞争吸附,吸附容量也具有一定的差异。通过动力学研究表明,在双离子体系下遵循二级动力学模型,竞争吸附符合拓展的Langmuir模型。4.甲壳素水凝胶、CaCO3/甲壳素水凝胶在Cu-Cd-Ni体系的吸附情况结合密度泛函理论进行机理研究。研究了不同环境因素对多离子体系影响,对几种离子具有吸附的差异性,吸附顺序为Cu＞Cd＞Ni。为了进一步研究吸附机制,采用实验与密度泛函理论计算相结合的方法,从分子微观尺度上揭示了甲壳素水凝胶吸附铜、镉、镍离子的本质。建立了甲壳素水凝胶功能单体模型,并在此模型下,利用密度泛函方法,在B3LYP/6-311G（d,p）水平下优化了甲壳素水凝胶功能单体及吸附铜、镉、镍离子后的结构;通过表面静电势分析,发现甲壳素水凝胶功能单体模型中,乙酰氨基、甲羟基、羟基、氨基均为吸附活性位点;通过电荷分解分析、分子占据轨道分析以及相互作用能比较,甲壳素水凝胶功能单体吸附铜离子更稳定;这与吸附实验甲壳素水凝胶吸附铜离子有更大的吸附量的结果相一致。