当前,全球范围内水体污染问题均愈发严重,严重威胁到生态平衡和人类健康。吸附法因操作简单、成本低且不易产生二次污染,成为目前水污染处理最常用的方法之一。石墨烯气凝胶（GA）因具有高比表面积、高孔隙率和出色的化学稳定性,在水污染治理方面展现出良好的应用前景,成为近年来的研究热点。但通过常规的自组装方式制备的GA普遍存在机械性能差、结构易坍塌等问题。其制备过程中常采用还原步骤提高机械稳定性,但往往使之呈现较强的疏水性,对极性污染物的吸附性能不够理想。这些问题和缺陷,限制了其在水污染处理中的应用。针对以上问题,本论文基于石墨制备氧化石墨烯（GO）,首先采用草酸铜纳米粒子增强GO片层间的静电交联和防止堆叠,引入气泡模板优化GA的孔道结构,并通过调节pH提高材料的亲水性,制备了具有油水双亲性和良好机械性能的石墨烯/草酸铜复合气凝胶GA-SC,然后又利用天然胶乳NRL作为静电作用交联剂,结合气泡模板的引入,制备了具有优异机械稳定性的轻质多孔的石墨烯/天然胶乳粒子复合气凝胶GA/NRL;探究了所制备的两类石墨烯复合气凝胶对水中重金属离子、有机染料等典型污染物的吸附性能以及对泄露有机溶剂的吸收性能,揭示了其在水污染治理方面的应用前景。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、原子吸收分光光度计（AAS）、紫外吸收光谱（UV-Vis）等方法对样品进行了结构表征,并系统考察了不同条件对制备的GA-SC和GA/NRL的机械性能和吸附性能的影响规律,探讨了相关机理,所取得的认识对探索提高GA的性能和拓展其应用的途径具有一定的指导意义。第一部分,基于气泡/纳米粒子双模板协同表面活性剂和pH调控等策略制备了具有良好机械稳定性、超双亲性和良好水污染处理能力的石墨烯复合气凝胶GA-SC。在本部分的研究中,表面活性剂既起到分散GO的作用,也起到稳定气泡模板的作用。通过对GO的水相分散液进行pH调节提高制备的GA的亲水性。引入的气泡模板使GA形成孔道联通的微米级孔道,而草酸铜纳米粒子一方面起到交联GO片的作用,另一方面起到防止石墨烯片层堆积的作用。制备的GA具有良好的机械稳定性和回弹性,并且对重金属和有机污染物均具有较高的吸附能力,对水中Pb2+、Cd2+、MB的最大吸附量分别可达192、107、472 mg/g,对有机溶剂三氯甲烷、十二烷的吸收量分别达到自身重量的307和130倍,并且可以通过机械挤压排出吸收的有机溶剂后可进行循环利用。对该材料吸附各类污染物的吸附动力学机制进行了分析。第二部分,利用天然橡胶胶乳（NRL）作为交联剂制备复合石墨烯气凝胶GA/NRL。NRL在水溶液中分散形成乳液滴,分散在石墨烯片层间,与石墨烯片形成三明治状夹层结构,在水热还原过程中促进结构有序的石墨烯三维孔道结构的形成。通过引入气泡模板,对气凝胶的孔道结构进行优化。制备的GA/NRL表现出优异的机械稳定性和耐疲劳性,在60%的应变和50次循环压缩后,结构依然保持稳定。该材料对于水中的阳离子有机染料具有优异的吸附性能,对水中MB的最大吸附量可达622 mg/g。对有机溶剂三氯甲烷、十二烷的吸收量分别达到自身重量的276、130倍,并且具有良好的循环利用性能。