膨润土是一种天然的矿物材料,由于其独特的物理化学性质,具有优良的吸附性能,在吸附处理重金属废水方面具有广阔的应用前景。目前关于膨润土的研究主要集中在通过改性提高其吸附性能及相关吸附机理,但由于悬浮性使其在废水处理过程中难以沉淀分离,严重制约其在该领域的应用;膨润土吸附剂对污染物进行吸附后并不意味着污染物被成功处理掉,容易形成二次污染,膨润土解吸再利用是一种值得关注和研究的可持续发展方向。本论文以钠基膨润土（Na-B）为原材料制备了羟基铝柱撑膨润土（H-Al-B）和铝柱撑膨润土（Al-B）,采用溶剂热合成法将磁性Fe₃O₄粒子负载在Al-B表面制备出磁性膨润土（M-B）;系统地研究三种改性膨润土对Cr⁶⁺、Pb²⁺及Hg²⁺离子的吸附性能、吸附机理及解吸再生回用可行性,为治理和控制重金属离子污染提供了一种新的经济可行的吸附材料及相关的理论依据。利用FT-IR、XRD、Zeta电位、SEM、BET比表面积及VSM等方法对制备的改性膨润土样品的化学成分、微观形貌特征和磁学性质等进行表征分析,结果表明其改性制成H-Al-B后基本骨架结构没有改变,羟基铝柱化剂（Keggin离子）进入膨润土层间及孔道内,膨润土的表面粗糙和疏松程度大大增加;Fe₃O₄粒子以20¹00 nm粒径均匀分布在Al-B表面;制成的H-Al-B比表面积与微孔面积均显著增大,且受制备过程中Al³⁺/土比的影响较大,在Al³⁺/土比值为6 mol/kg时增幅最大,H-Al-B的BET比表面积、Langmir比表面积、微孔面积相对于Na-B分别由49.56、66.31、11.35 m²/g增加至247.52、324.59、181.61 m²/g;热处理温度对Al-B的比表面积与微孔面积影响较大,经过350℃热处理制备的Al-B的BET比表面积、Langmir比表面积、微孔面积最大,分别为206.71、271.09、144.49 m²/g;制备的M-B具有较高饱和磁化强度和超顺磁性。膨润土经过改性后对重金属离子吸附性能显著增强且受制备条件影响,制备过程中Al³⁺/土比对H-Al-B和Al-B吸附性能影响较大,Al³⁺/土比为6 mol/kg条件下制备出的H-Al-B和Al-B分别对Cr⁶⁺、Pb²⁺离子的吸附性能最强;经过热处理制成Al-B后对Cr⁶⁺离子吸附效果降低,对Pb²⁺离子吸附效果增强且受热处理温度影响,350℃条件下制备的Al-B吸附性能最强;制备过程中Fe³⁺/土比对M-B吸附性能影响较大,Fe³⁺/土比为6 mol/kg条件下制备出的M-B对Cr⁶⁺、Pb²⁺离子的吸附性能最强。进一步研究了H-Al-B和M-B吸附Cr⁶⁺离子、Al-B和M-B吸附Pb²⁺离子及M-B吸附Hg²⁺离子的作用机理和适用范围,结果显示:吸附效果受pH、温度、吸附剂用量、离子浓度等因素影响。通过吸附动力学、吸附等温模型以及热力学对吸附过程作用机理进行详细分析,结果显示:准二级动力学方程可以描述不同温度下Cr⁶⁺、Pb²⁺及Hg²⁺离子在改性膨润土上的吸附过程,吸附速率同时受液膜扩散和粒子内扩散的影响;Langmuir、Freundlich和D-R模型拟合各改性膨润土吸附Cr⁶⁺、Pb²⁺及Hg²⁺离子过程中,线性相关系数R²均较高,说明三种模型均可用于描述吸附过程,吸附过程既存在单分子层化学吸附又存在非均匀表面吸附;分离因子R_L与n值表明Cr⁶⁺、Pb²⁺及Hg²⁺离子在改性膨润土表面吸附比较容易进行,利用D-R模型分析表明吸附过程中离子交换反应发挥重要作用;热力学研究表明Cr⁶⁺、Pb²⁺及Hg²⁺离子在改性膨润土上的吸附过程是一个自发的熵增推动的吸热过程,升温促进Cr⁶⁺、Pb²⁺及Hg²⁺离子的吸附;吸附过程作用机理较为复杂,物理吸附和化学吸附对于吸附过程都起重要作用,但在各吸附过程作用程度则不同,物理吸附在M-B吸附Cr⁶⁺离子过程中作用程度强于H-Al-B吸附Cr⁶⁺离子,化学吸附在M-B吸附Pb²⁺离子过程中作用程度强于Al-B吸附Pb²⁺离子过程。M-B具有良好的解吸再生和循环使用性能,解吸效果受解吸时间、温度、pH、解吸液用量和浓度的影响。在pH=8.8、35℃,采用50 mL/g、0.50 mol/L NaCl解吸液,吸附Cr⁶⁺离子后首次解吸率达到64.85%,经过6次循环吸附去除率仍保持在86.93%以上,解吸率保持在58%左右;在pH=5.0、35℃,采用50 mL/g、1.00 mol/L NaNO₃解吸液,吸附Pb²⁺离子后首次解吸率达到90.21%,经过6次循环吸附去除率仍保持在96.58%以上,解吸率保持在85%左右。准二级动力学、双常数模型、Elovich模型均可描述Cr⁶⁺、Pb²⁺离子在M-B上解吸过程,解吸过程分为前期速率较快的表面解吸阶段和后期速率较慢的扩散作用阶段。Cr⁶⁺、Pb²⁺离子在磁性膨润土上的解吸平衡可以用Langmuir模型描述。经过多次吸附-解吸循环后M-B复合材料仍保持稳定物理化学结构,磁性Fe₃O₄粒子没有出现明显脱落现象,仍保持典型膨润土的片层结构,结构变得相对略微疏松。