鉴于水体重金属污染问题的日益突出,找出一种更经济、快速的治理方法是一个非常有价值的研究课题。吸附法是目前使用最广泛的一种方法,粘土矿物由于其结构的特殊性可以作为一种天然的吸附剂,而高岭石矿物在自然界的分布非常广泛,是一种典型的铝硅酸盐层状粘土矿物。当前关于高岭石吸附重金属的研究多是通过实验的方法进行的,较难反映出其微观的吸附机理,分子模拟的方法则以其独特的优势而逐渐得到人们的认可。镉是一种有剧毒且容易致癌的重金属元素,常以Cd²⁺的形式存在,当其进入生物体后会对生物体的健康造成极其严重的危害。为了深入探究高岭石矿物对Cd²⁺的吸附机理,本文利用Materials Studio软件,通过量子力学、分子力学、巨正则蒙特卡罗及分子动力学的模拟方法,构建并讨论了高岭石矿物三种多型—高岭石、地开石和珍珠石的晶体结构特征,计算了不同温度下三种多型（001）面对Cd²⁺的吸附情况,此外,对高岭石进行尿素分子的插层改性研究,计算了高岭石-尿素插层复合体对Cd²⁺的吸附情况,并且通过分子动力学的方法模拟了吸附体系在水环境下的吸附、扩散情况。本文主要通过粒子浓度分布、径向分布函数以及均方位移（自扩散系数）三种工具对结果进行分析,主要得出了以下结论:（1）三种多型对Cd²⁺的吸附均为物理吸附,且其吸附能力相差不大,平均吸附量和等量吸附热均随着温度的升高而逐渐减小;改性后的高岭石-尿素插层复合体对Cd²⁺的吸附依然属于物理吸附,平均吸附量和等量吸附热也随着温度的升高而逐渐减小,但较高岭石而言有大幅度的增加,表明插层改性可以促进高岭石对Cd²⁺的吸附。此外,随着温度的升高,Cd²⁺的自扩散系数在吸附剂为高岭石和插层复合体的体系中均逐渐增大。（2）在吸附剂分别为高岭石和高岭石-尿素插层复合体的体系中,Cd²⁺的分布位置不同:前者主要分布在高岭石的两个表面附近,而后者不仅在高岭石的两个表面附近有分布,而且在层间的尿素分子周围也有分布。（3）真空环境下,氢键的作用使得高岭石-尿素插层复合体结构非常稳定,尿素分子以单分子层的形式排列于层间,并且偏向于高岭石的铝氧八面体层一侧;水环境下,水分子充满于整个体系中,插层复合体结构被破坏,高岭石层间域显著增大,尿素分子的分布则较为分散,并且主要分布于高岭石的硅氧四面体层一侧,另外,水分子较为有序的排列在高岭石的表面,使得高岭石与Cd²⁺隔开,导致其吸附不太牢固。（4）在不同的吸附体系和不同的环境下,粒子的自扩散系数不同:真空环境下,Cd²⁺的自扩散系数在高岭石吸附体系中较插层复合体大,而在水环境下则相反,但总体上真空环境下Cd²⁺的自扩散系数较水环境下更大;尿素分子的自扩散系数在真空环境下较水环境下小;水分子的自扩散系数在高岭石的吸附体系中较插层复合体小。