众所周知,水污染已是全球关注的焦点问题之一。污染水主要包括工业废水和生活污水,污染源可能为有机染料、重金属离子等,其中重金属离子因其对人体蛋白质结构的不可逆影响和在体内的可蓄积性而严重威胁着人类的健康。纵观当前采用的重金属废水处理方法,吸附法因相对简单且容易操作而得到了广泛应用。二氧化硅气凝胶作为一种超轻质纳米多孔材料,是一种潜在的优质吸附剂。本论文工作围绕二氧化硅气凝胶的制备、改性和应用展开研究,分别以正硅酸乙酯（TEOS）为前驱体制备了二氧化硅气凝胶、以3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）作为氨改性剂,制备了氨基改性气凝胶并研究了重金属镍的吸附性能;以无机盐作为修饰剂制备了复合气凝胶并对染料吸附性能进行了研究。具体如下:（1）以正硅酸乙酯（TEOS）作为前驱体,通过溶胶-凝胶法和常压干燥工艺制备了二氧化硅气凝胶并对其化学结构、形貌、热稳定性等进行了相关表征。三甲基氯硅烷（TMCS）修饰后气凝胶的比表面积为922.677 m²/g,采用高温煅烧的方法来去除二氧化硅气凝胶结构表面的疏水基团甲基,热处理后的气凝胶比表面积为885.527 m²/g。（2）通过表面改性法制备了一种氨基改性气凝胶并对改性后的化学结构、形貌、吸附能力等进行了相关表征。研究了不同改性时间对二氧化硅气凝胶进行表面结构的影响,孔结构分析表明在改性时间为24 h时的表面改性气凝胶的比表面积和总孔体积达到最低值。研究了表面改性气凝胶的镍离子吸附性能,吸附镍离子过程的准一级动力学模型拟合结果更优。研究了吸附机理,Langmuir吸附等温线模型拟合相关性更高,表面改性12 h的气凝胶对镍离子吸附效果最好,拟合计算得到最大吸附量q_m=133.477mg/g,相关系数R²=0.995。（3）以3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）作为改性剂,调节APTES/TEOS比例通过共缩聚法制备了一种氨基改性气凝胶并对其进行相应表征,得到最优的摩尔比例为APTES:TEOS=0.8时制备的共缩聚气凝胶结构和性能最好。研究了共缩聚气凝胶对镍离子的吸附性能,吸附镍离子的准二级动力学模型拟合结果更优。研究了吸附等温线模型,Langmuir吸附等温线更能描述吸附过程的吸附剂,摩尔比例APTES:TEOS=0.8的共缩聚气凝胶对镍离子吸附效果最好,拟合计算的最大吸附量q_m=32.989 mg/g,相关系数R²=0.993。（4）采用浸渍法成功制备了以无机盐修饰的复合气凝胶,其比表面面积在400m²/g～900 m²/g左右,其中Fe³⁺修饰的气凝胶性质最优,S_BET=855.62 m²/g,D_p=3.70nm。测试了无机盐修饰气凝胶的有机染料吸附能力,其动力学分析结果显示准二级动力学模型更能描述吸附过程。