咖啡是世界上最流行的饮料之一,是仅次于石油的全球贸易商品,据国际咖啡组织报道,2017年全球大约有960万吨咖啡产生。随着全球咖啡消费不断提高,咖啡渣产量也在急剧增加。咖啡渣作为咖啡产业最大副产品,往往作为固体废弃物被焚烧或填埋,不恰当处置会造成一定的环境污染和大量的资源浪费。此外,咖啡渣中含有多酚,咖啡因以及一些有机酸,直接丢弃会对环境带来一定的危害。面对如此巨量的固体废弃物,探索咖啡渣的资源化利用技术,将其转化为高附加价值的产品,具有重要的研究价值和科学意义。工业社会的飞速发展给人类生活带来进步的同时,也给环境带来了严重污染,其中油类污染物,重金属离子和可溶性有机染料对生态环境的破坏最为严重。咖啡渣具有价格低廉、易得和可再生等优点,因此研究者开始探索将其转化成可利用的生物质资源的技术和工艺。然而,利用咖啡渣的结构并构筑功能性材料在污水处理应用却鲜有研究。本论文基于拓展咖啡渣应用领域和高值化利用的目的,实现除去水中油类污染物、重金属离子和可溶性有机染料的目标,开发廉价、绿色环保且可持续的生物质基污水处理材料。为咖啡渣的处理和利用提供一种新的思路和方法,减少咖啡渣对环境污染。本论文主要研究内容及成果如下:（1）探究咖啡渣中纤维素,半纤维素,木质素,脂质,蛋白质,咖啡因等组分含量在预处理前后的变化;探究二氧化硅在咖啡渣表面原位生长、然后利用十八烷基三氯硅烷改性制备超疏水咖啡渣的化学反应机理;研究超疏水咖啡渣对不同油类及有机溶剂的吸附能力以及对油水混合物的分离效率,构建了油水分离装置;研究了超疏水咖啡渣对不同条件下海水表面机油的吸附效果。研究表明:与未改性咖啡渣相比,超疏水咖啡渣对油水具有优异的选择吸附性,最大吸油能力为3.3 g/g,对各种油类和有机溶剂与水的混合物的分离效率为96-99%。而且成功吸附不同条件下海水（如:高温海水和酸性海水等）表面的机油,并与机油快速形成漂浮在水面的聚集体,借助打捞的方式实现机油和咖啡渣的分离回收,并通过物理压榨的方式将超疏水咖啡渣吸附的机油进行充分释放。（2）为了提高超疏水咖啡渣对油水乳液分离效果,通过进一步研究咖啡渣微孔结构和基本成分,对咖啡渣先进行脱木素预处理,成功制备了孔径分布更广、孔隙结构高度有序,高孔隙率（～81.7%）、高比表面积（～5.75 m~2/g）的脱木素咖啡渣;最后,经过疏水改性制备了超疏水脱木素咖啡渣（superhydrophobic silica-modified delignin spent coffee grounds,SSD-SCG）。研究表明:合成SSD-SCG在超疏水咖啡渣优异的油水分离性能的基础上,还具备分离油包水和水包油两种类型乳液的能力。通过分析SSD-SCG在乳液分离过程中的破乳机理,建立了SSD-SCG分离两种类型乳液的理论模型,为乳液分离研究提供了理论支撑。（3）针对超疏水咖啡渣吸油能力低的不足,本研究进一步探索了高吸油能力、高循环吸油效率的咖啡渣基吸油材料。本研究对脱木素咖啡渣（delignin spent coffee ground,D-SCG）进行了成分分析,发现D-SCG的主要成分为纤维素（41.8%）和半纤维素（53.6%）,将其通过TEMPO氧化后制成纳米纤维素（cellulose nanofibers,CNF）悬浮液,并通过冷冻干燥和疏水化处理得到超疏水CNF泡沫。研究表明:该泡沫具有良好的超疏水和超亲油性能（水接触角为149°,油接触角为0°）以及优异的吸附能力（吸附能力最高可达到16 g/g）。该泡沫具有良好的可压缩性,在40%的形变条件下,经过10次卸载-装载循环压缩后,仍能保持初始高度的86%。（4）针对上述咖啡渣基功能材料不能去除水体中重金属离子和可溶性有机物染料的缺点,本章旨在制备高效去除水中重金属离子和有机染料的咖啡渣基材料。基于脱木素咖啡渣高度有序的多孔结构,经过聚吡咯改性在其多孔结构表面负载一层纳米级聚吡咯颗粒,成功制备孔隙结构高度有序且具有光热效应的聚吡咯改性脱木素咖啡渣,作为太阳能驱动界面蒸发器的光吸收层,利用太阳能对含有重金属离子或可溶性有机染料的污水进行太阳能界面蒸发,收集蒸发后的水。研究表明:通过对收集后的水进行检测发现重金属离子和可溶性有机物的去除率达到99%以上。探索了吡咯与咖啡渣的不同质量比以及聚吡咯改性咖啡渣作为光吸收剂的不同密度对光热蒸发速率的影响,得到最佳的聚吡咯含量和最佳的密度。结果表明:当吡咯质量为1.8 g,脱木素咖啡渣质量为10 g时,制备的聚吡咯修饰咖啡渣的光吸收率最高,为95.7%;作为太阳能驱动界面蒸发器的光吸收层的厚度为300 g/m~2时,蒸发速率最快为1.51 kg/（m~2·h）。综上所述,本论文从咖啡渣的微观结构和基本成分入手,分别采取脱除木素,构建疏水/亲油表面和聚吡咯光吸收层等工艺,制备了三种功能化咖啡渣材料和基于咖啡渣的超疏水纳米纤维泡沫,极大提高了污水中油类、重金属离子和可溶性有机物的去除效果,促进了咖啡产业的可持续发展,为生物质的高值化利用提供了有益的探索,符合绿色经济和减少碳排放的发展要求。