随着经济和科技的进步,环境污染问题日益突出,重金属因难以分解,且易于在生物体内富集,对人类的身体健康和动植物的生存产生了巨大威胁。因此,研发高效处理重金属废水的技术对生态环境及人类的健康具有重要意义。利用吸附法处理重金属离子,开发出拥有高效性、高选择性的吸附剂具有重要的意义。本论文以金属矿山中含Pb2+和Cu2+废水为研究对象,制备出了两种新型层状金属硫化物吸附剂（LMS-Ⅰ和LMS-Ⅱ）,旨在解决主要含有重金属工业废水引起的环境污染,同时为层状金属硫化物在环保领域的应用提供实验基础,课题研究具有重要的现实意义和应用价值。本文具体的研究工作及主要成果如下:（1）以无水K2CO3、Zn粉、Sn粉及单质硫为原料,通过简单的水热合成法制备出了一种新型层状金属硫化物(K1.87Zn0.13Sn6.4S12.67,LMS-Ⅰ),通过SEM、TEM、XRD、TG和BET等测试方法对材料进行表征。实验发现,LMS-I对Pb2+离子吸附具有高容量、大分配系数和优异的选择性等特点。系统地考察了吸附剂用量、p H、吸附时间和温度等条件对吸附容量的影响,当LMS-I吸附剂用量为5 mg,溶液p H值为6,吸附时间为4 h,吸附温度为25°C、初始Pb2+浓度为150 mg/L时,LMS-I型吸附剂对Pb2+的最大吸附量高达452.32 mg/g,其吸附容量优于目前所报道的黏土类、活性炭基、硅基等吸附材料。进一步发现,即使是在高浓度的Cd2+、Co2+、Ca2+、Al2+、Mn2+金属离子的复杂工况条件下,LMS-Ⅰ对Pb2+的吸附仍有优异的选择性,其最高分离系数可达550.42。通过对Pb2+吸附过程中的动力学、等温线及热力学的研究,发现LMS-Ⅰ对Pb2+的吸附过程与拟二级动力学模型和Langmuir吸附等温线较为符合,这说明Pb2+在LMS-Ⅰ上的吸附属于单层的化学吸附。XPS分析表明LMS-I对Pb2+的吸附主要是化学作用（Pb…S）和离子交换作用(Pb2+…K+)。（2）进一步以无水K2CO3、Zn粉、Sn粉及单质硫为原料,添加P2O5来改善材料的组成。在合成过程中,以P2O5和S的不同比例作为变量,合成了三种不同比例改性的层状金属硫化物吸附剂,通过实验来筛选出性能最优越的一种(K1.1Zn1.02Sn3.13P2.75S8.65,LMS-Ⅱ),来处理含Pb2+、Cu2+的重金属废水,同时LMS-Ⅱ型吸附剂改善了LMS-I型吸附剂吸附量低、适用性差的问题。通过SEM、XPS、XRD、BET、TG对合成吸附剂的形貌及组成进行了分析,并系统地探究了P2O5的添加及用量、p H、温度、初始金属离子浓度等因素对LMS-Ⅱ型层状金属硫化物吸附Pb2+和Cu2+的影响。研究发现,P2O5的引入对材料的结构形态、吸附性能有了明显的改善。在最佳的实验条件下,LMS-Ⅱ型吸附剂对Pb2+的吸附容量高达476.5 mg/g,对Cu2+的吸附容量高达339 mg/g。吸附动力学结果表明,利用拟二级动力学对Pb2+和Cu2+的吸附过程进行拟合时,其相关性系数可达0.999以上,这说明整个吸附过程主要是化学作用所控制的。从等温线的拟合结果看,Langmuir吸附等温线模型与吸附过程更为相符,这说明Pb2+、Cu2+在LMS-Ⅱ型吸附剂上的吸附为单层吸附。进一步探究了LMS-Ⅱ型吸附剂对Pb2+及Cu2+的吸附机理:一方面,材料中的S、P对Pb2+、Cu2+有很强的亲和力,因此,化学作用是主要的;此外,材料中所含的K+、Zn2+对Pb2+、Cu2+有一定的离子交换能力。