随着自然环境的恶化与工业化进程的发展,纤维素因其绿色环保的特性受到了更广泛的关注。但在实际生产生活中,相当一部分含有木质纤维素的木材加工剩余物未经过高效地利用就被当成工业废弃物所丢弃,造成了资源的浪费。另一方面,随着化工领域的飞速发展,相当一部分有毒有害的污染物未被进一步处理就被排放到自然界的水环境内,造成了巨大的危害。在这些水污染物中,重金属离子由于其具有种类繁杂、毒性巨大、不易处理等特点,成为了水中的重要污染物之一。因此,开发新型绿色环保生物质基重金属离子吸附材料是解决资源浪费与水体污染的一大有效可行途径。因此,本文将木质纤维素从木材中分离出来,并通过化学/物理手段将其加工为纳米纤维素(NFC),并利用NFC作为初始材料来合理制备碳量子点(CQDs)、NFC气凝胶及NFC/CQDs复合气凝胶三种纳米材料。具体研究工作如下:(1)采用天然杨木木粉为原料,通过化学处理的手段将木材内部的抽提物、半纤维素和木质素依次去除,再通过TEMPO预氧化与高强度超声相结合的方式成功制备出NFC水悬浊液,并将其作为原料,采用乙二胺作为氮掺杂来源,制备出绿色无毒性的木质纤维素基氮掺杂荧光碳量子点。通过各种先进表征手段对制备出的碳量子点进行结构表征分析,并对碳量子点在不同浓度的重金属离子溶液内的荧光强度进行了测试。结果表明:采用NFC水悬浊液作为为原料制备出的碳量子点有着较为良好的物化性能,样品尺寸均一,水溶液稳定且在365nm紫外激发下可发出明显蓝绿色荧光,同时对重金属离子Cr6+也存在有明显的荧光响应,当浓度增加时,荧光强度明显减弱。(2)通过冷冻干燥的方式制备出不同固体含量的NFC气凝胶,通过形貌分析与比表面积及孔隙度测试等方法,探究不同固含量对NFC气凝胶性能的影响。结果显示:过高或过低浓度均会对NFC气凝胶的性能产生负面影响,浓度过高时,比表面积较低孔隙较少,不利于其开展吸附性能的探究;浓度过低时,力学强度较低,容易发生破碎裂解,不易进行试验。(3)以NFC气凝胶为骨架结构,将碳量子点引入NFC水悬浊液当中,再采用冷冻干燥的方式制备出NFC/CQDs复合气凝胶,并以单离子溶液模拟水中金属离子污染进行吸附性试验,探究不同pH以及不同种类金属离子对复合气凝胶的吸附性能与荧光性能的影响。通过各种先进测试分析手段对复合气凝胶结构性质进行表征,并探究其吸附动力学及可视化吸附可能性。结果表明:复合气凝胶在保留NFC气凝胶的三维网状骨架结构的同时,成功地引入了具有荧光性能的碳量子点,赋予了其新的荧光性能。同时,复合气凝胶相较于NFC气凝胶来说,有着更大的比表面积与更加复杂的孔道结构,比表面积增加了 22%,孔径减少了 42.9%。pH值的变化会影响整个吸附过程,对能够使碳量子点猝灭的不同种类的重金属离子都具有较好的吸附性,而对于一些轻金属离子则吸附性不佳,因此其可作为选择性吸附剂所使用。复合气凝胶的吸附过程通过动力学分析表明其以化学吸附为主,吸附速率和效果与其所含的官能团数量与种类有关。通过对荧光性能与吸附性能进行分析拟合,表明复合气凝胶在吸附过程中,吸附量增加,荧光强度减弱,两者呈负相关,通过函数拟合表明其具有较好的函数关系,能够通过复合气凝胶的荧光强度来检测其吸附效果,实现可视化吸附性能。