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工业企业产生的大量重金属废水因意外事故或违规排放而进入水体,导致重金属污染事件,在我国乃至世界范围内时有发生,对当地居民生命健康造成了极其严重的威胁,因此探索去除水中重金属离子的新型吸附材料,具有重要的实际意义和研究价值。本文主要设计合成出三嗪基树状分子,并将其修饰到聚丙烯腈纤维表面,以针对性去除水中多种危害较大的重金属阴阳离子,系统性考察了其吸附效能,详细阐释了其对水中重金属阴阳离子的去除机制,同时结合固定床吸附柱工艺,模拟了树状分子功能化纤维对重金属废水的处理效果,并预测评价了主要工艺参数,以期为重金属废水处理处置提供理论与技术支持。基于三聚氯氰中氯原子与氨基亲核取代反应和胺类亲核试剂的不同反应活性,结合收敛法实现树状分子结构伸展,设计合成了出三嗪基树状分子（TBD）,利用羟基位点吸附水中重金属离子,并通过核磁共振氢谱、高分辨质谱、元素分析、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、扫描电镜（SEM）、热重分析（TGA）等方法进行综合表征以证明其成功合成。考察了TBD对Cu2+和Pb2+的吸附效能,最佳p H为5.5,最优投量0.2 g/L,吸附平衡时间120 min。当初始浓度50 mg/L时,最大吸附量分别为39.60 mg/g和91.95 mg/g;而降至1 mg/L后,两者的平衡浓度均低于《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中总铜0.5 mg/L和总铅1.0mg/L的限值。吸附前后TBD的FT-IR和X射线光电子能谱（XPS）表征结果揭示了TBD末端羟基与水中Cu2+和Pb2+的化学络合是吸附过程主要机制。为克服TBD难以再生回用以及解决去除水中Hg2+等高毒性重金属阳离子效果差的问题,以硫代酰胺基团替代羟基作为末端基团,制备出了硫脲型树状分子并将其接枝到工业聚丙烯腈纤维（PANF）表面,从而得到了硫脲型树状分子功能化聚丙烯腈纤维（PANF-S2.0）,基于硫与汞的配位作用,实现对水中Hg2+的高效吸附去除。利用元素分析、FT-IR、SEM、TGA、Zeta电位分析等多种现代检测技术进行了系统表征。考察了PANF-S2.0对水中Hg2+的静态吸附效能,最优p H为6.0,最优投量1.0 g/L,吸附平衡时间180 min。初始浓度200 mg/L时,其最大吸附量达到了183.88 mg/g;降至1 mg/L时,吸附后Hg2+浓度已低于标准GB8978-1996总汞0.05 mg/L限值。利用SEM、FT-IR和XPS等现代检测手段对吸附前后的PANF-S2.0进行对比表征并结合密度泛函理论（DFT）计算,共同阐释了PANF-S2.0末端S与Hg2+的化学络合作用是吸附过程的主要作用机制。PANF-S2.0固定床吸附工艺在进水p H 6.0、进水流速1.91 m/h、填充高度5.0 cm以及进水温度25℃的最佳条件下,当进水Hg2+浓度为100 mg/L时,连续流出水在前15 min低于标准GB8978-1996限值,96 min达到穿透点,220min达到饱和点。经过五次吸附-脱附循环,PANF-S2.0对Hg2+的静态吸附容量可达到原吸附容量85%以上,连续流吸附容量仅下降5.62%。结合多种吸附模型和人工神经网络对穿透曲线进行分析,以实现对连续流吸附过程中重要参数评价和吸附效能预测,从而为其在实际含汞废水处理处置提供理论支撑。为去除水中以砷为代表的高毒性重金属含氧酸根阴离子,以三聚氯氰为连接体,将易于发生质子化作用的吡啶基团修饰到树状分子末端,制备出吡啶型树状分子并将其接枝到PANF表面,从而获得吡啶型阳离子树状分子功能化聚丙烯腈纤维吸附材料（PANF-N2.0）。利用多种先进表征方法对PANF-N2.0的微观结构和理化性能进行了探究,并考察了PANF-N2.0对水中砷等重金属含氧酸根的静态吸附效能。PANF-N2.0吸附水中As（Ⅲ）和As（V）的最佳p H分别为6.0和5.0,最优投量为1.0 g/L,60 min即达到吸附饱和,当初始浓度为100 mg/L时,其最大吸附量分别为19.20 mg/g和83.21 mg/g;当初始浓度降至10 mg/L时,吸附后As（V）浓度仅为0.15 mg/L,低于GB8978-1996标准限值,但As（Ⅲ）并未达标。通过吸附前后SEM、FT-IR和XPS等现代化表征手段和DFT计算发现,PANF-N2.0与亚砷酸间较弱氢键作用是吸附As（Ⅲ）的主要机制;而与H2As O4-间的离子交换作用是吸附As（V）的主要机制,同时也证明了PANF-N2.0对As（V）具有更高的亲合性,能够形成更稳定络合结构。PANF-N2.0固定床吸附柱在连续流进水p H 5.0、进水流速0.95 m/h、填充高度5.0 cm和进水温度25℃的最优条件下,当进水As（V）浓度50 mg/L时,前92 min出水全部低于GB8978-1996标准限值,吸附柱在154 min穿透,在352 min饱和。此外,采用了多种吸附模型拟合PANF-N2.0吸附柱穿透曲线以评价主要吸附工艺参数,并构建了人工神经网络预测其吸附效能,从而为实际含砷废水处理处置提供理论指导。综上所述,基于树状分子末端修饰基团的理化特性,本文基于三嗪基树状分子结构,制备出了2种新型可回用的树状分子功能化纤维,分别用于对水中毒性高、危害性大的汞和砷等重金属离子进行吸附去除,同时结合先进检测技术对其吸附前后的微观形貌和理化性质进行系统性表征,并结合DFT计算共同揭示了主要吸附机制。此外,探究了连续流条件下树状分子功能化纤维的吸附效能,并结合多种分析方法对连续流吸附过程进行预测评价,提供了关键技术参数,为其在水处理领域的实际应用提供重要的理论指导和技术支持。