水体污染物(例如有机分子、油污或者重金属离子)随意排放到自然环境中已经成为全球问题。当水中有毒或不可生物降解的成分进入土壤或地表、地下水时,不仅严重危害动物或植物,还对人类构成威胁。因此,迫切需要开发先进的分离材料或环境修复技术。最近,由于比表面积高以及可控的表面化学性质,纳米材料已成为环境污染修复中的后起之秀。值得注意的是,当粉末状材料直接作为水修复材料时,去除水体污染物后,通常使用过滤或离心技术将粉末状纳米复合材料分离,用于下一次使用。因此,在实际应用中回收和分离纳米复合材料变得极其困难且耗时。此外,特别是在流动的液体中,传统的粉末状材料也可能由于其尺寸细小而阻塞过滤器以及其自身泄漏导致二次污染物的产生。这些缺点严重阻碍了它们大规模应用。为了解决上述问题,本论文设计一系列的吸附和过滤材料,并仔细研究其性能。(1)使用冷冻干燥法制备厘米级大小的多孔海藻酸钠/凹凸棒土海绵状吸附剂,该海绵状吸附剂可以同时发挥海藻酸钠和凹凸棒土两者的吸附优势,且引入凹凸棒土后可以降低吸附剂的价格。此吸附剂材料多孔,可漂浮,易于回收且多次使用。(2)使用冷冻干燥和Ca(II)、Zr(IV)离子交联的方法制备疏水的海绵状海藻酸钠复合材料用于去除油污。其中,在Ca(II)的协助下,有利于保持海藻酸钠复合材料多孔的结构,而Zr(IV)则降低海藻酸钠的表面能和增加表面粗糙度。(3)通过浸涂和层层自组装的方法制备超亲水和水下超疏油的海藻酸钠复合筛网用于油水分离。油水分离过程自发并靠重力驱动分离。这些材料易回收及可多次循环使用,比传统纳米材料具有更优越的性能。论文开展的具体工作如下:(1)通过冷冻干燥和后交联法制备可漂浮的多孔凹凸棒土/海藻酸钠中海绵吸附剂。其中,凹凸棒土和海藻酸钠均具有吸附位点。通过X射线衍射(XRD),傅里叶红外光谱仪(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)等表征来研究它们的晶体结构,表面性质,尺寸和形态。在吸附实验中,最大吸附量由Langmuir吸附等温模型而得。所制备的吸附剂对Cu(II)的最大吸附量为119.0 mg/g、Cd(II)的最大吸附量为160.0 mg/g。此外,吸附剂化学性能稳定,并且由于它们在水溶液中的可漂浮而易于回收利用。上述优点突出了海藻酸钠包埋凹凸棒土海绵对去除污水中的重金属离子有着巨大的潜能,并且这种结构设计可能激发其他新型吸附材料的发展。(2)通过简单的冷冻干燥和锆离子诱导的后交联法,开发疏水海藻酸钠复合海绵。SEM、FTIR以及X射线光电子能谱(XPS)等结果表明,锆离子不仅在海藻酸钠海绵表面构建了微观结构,而且降低了海绵的表面能,导致了其疏水特性。疏水和亲油的海绵状海藻酸钠复合吸附剂对不同的油和有机溶剂显示出优异的吸附能力(11.2-25.9 g/g)。此外,海藻酸钠溶液也可以涂覆在多孔基底上,诸如三聚氰胺海绵和尼龙过滤网,随后通过锆离子交联进行疏水改性。海藻酸钠优异的性能使它们在吸油和净化油污应用中极具潜力。(3)通过绿色浸涂和逐层自组装方法制备超亲水和水下超疏水的海藻酸钙水凝胶金属筛网。所有结果证明引入海藻酸钙可以在所得筛网表面上产生亲水的化学组成和粗糙结构。改性后的金属筛网的水下油接触角约154.3~o和低油滑动角约7~o,可以将各种油/水混合物分离,分离效率高于99%且水通量高达28108.9 L/m~2/h。这种分离过程是自发的,仅受重力驱动。此外,所制备的金属筛网在腐蚀性有机溶剂下仍保持高稳定性。金属筛网出色的性能在油水分离的应用中具有较好的前景。综上所述,本文研究且制备了一些易回收循环使用的分离材料。这些材料各具特色,(i)可漂浮以及厘米级尺寸使其在实际应用中易分离回收;(ii)复合材料的耐久性和稳定性使其可循环使用多次;(iii)简单,绿色且低价的制备方法适合大规模生产。