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重金属离子和放射性核素在吸附剂上的富集机理和化学形态直接影响到其在环境中的迁移、转化、毒性和生物有效性等行为。因此，研究重金属离子和放射性核素的吸附机理和化学形态的变化规律，对分析和评价重金属离子和放射性核素在环境中的物理化学行为有重要意义。本论文中，我们通过化学和物理的方法成功地制备出具有特殊结构和性能的新型功能纳米吸附剂，并筛选出具有抗砷和富集砷性能的真菌吸附剂。结合静态法，使用X射线光谱学对吸附剂（石墨烯纳米复合材料，磁性材料和真菌）富集重金属离子和放射性核素的作用机理进行了研究和分析。 论文的内容分为以下六章: 第一章为绪论，首先概述重金属离子和放射性核素污染的现状和简要介绍了其污染的治理方法以及吸附技术影响因素。接着，介绍了X射线光谱学在吸附机理研究上的相关应用。最后引出了本论文的研究内容及意义。 在第二章中，使用等离子诱导聚合技术将聚丙烯酰胺(PAM)修饰到氧化石墨烯(GO)表面，制备PAM/GO复合材料，并研究PAM/GO作为吸附剂用于从放射性废水中竞争性去除放射性核素。研究了PAM/GO与放射性核素之间的相互作用以及吸附动力学，结果表明PAM/GO吸附放射性核素受溶液pH值和离子强度的影响。在pH=5.0±0.1和T=295K时，PAM/GO吸附U(Ⅵ)，Eu(Ⅲ)和Co(Ⅱ)的最大吸附值分别达到166.14，189.19和95.53mg/g，这显著高于GO和其他吸附剂对放射性核素的吸附能力。从温度依赖性吸附等温线计算出的热力学参数(ΔH0，ΔS0和ΔG0)，表明PAM/GO吸附放射性核素是一个自发和放热的过程。XPS分析显示PAM/GO吸附放射性核素归功于PAM/GO表面含氧和含氮的官能团，这些官能团可与放射性核素络合。结果都表明PAM/GO在放射性核素污染治理方面具有很好的潜在应用价值。 在第三章中，通过原位聚合技术将β-环糊精(CD)修饰到氧化石墨烯表面(CD/GO)，对制备的CD/GO进行扫描电子显微镜(SEM)，傅里叶变换红外光谱(FT-IR)，X射线光电子能谱(XPS)，拉曼光谱和酸碱滴定表征分析。结果表明，CD通过与GO形成化学键修饰在GO表面。我们考察了溶液pH值、离子浓度和吸附剂浓度等对CD/GO吸附Co(Ⅱ)的影响。结果表明CD/GO吸附Co(Ⅱ)在实验条件下受溶液pH值，离子浓度和吸附剂浓度等因素的影响。吸附等温线符合Langmuir吸附模型。在pH=6.0±0.1和T=303K条件下，CD/GO对Co(Ⅱ)的最大吸附值为72.4mg/g，这显著高于GO等材料对Co(Ⅱ)的吸附能力。在水溶液中，CD/GO可以同时去除铀(U(Ⅵ))和腐殖酸(HA)。pH值和离子强度能显著影响CD/GO对U(Ⅵ)和HA的吸附。在低pH值条件下，HA的存在增强了U(Ⅵ)在CD/GO上的吸附;在高pH值条件下，HA的存在降低了U(Ⅵ)的吸附;但U(Ⅵ)的存在促进了HA的吸附。表面吸附的HA在U(Ⅵ)和CD/GO之间起桥梁作用，与U(Ⅵ)形成了稳定的络合物。U(Ⅵ)和HA在CD/GO表面上的吸附等温线符合Langmuir吸附模型。这些结果表明，CD/GO作为富集并去除废水中U(Ⅵ)和Co(Ⅱ)的吸附剂具有潜在的应用前景。 第四章主要介绍了聚丙烯酰胺包覆四氧化三铁磁性颗粒(Fe3O4@PAM)的合成和对U(Ⅵ)离子的富集行为。研究发现，该磁性颗粒可通过磁铁进行磁性分离，U(Ⅵ)离子在Fe3O4@PAM磁性颗粒上的吸附很好的符合Langmuir吸附模型，在pH5.0时Fe3O4@PAM对U(Ⅵ)的最大吸附值为220.9mg/g。根据XPS分析吸附U(Ⅵ)前后Fe3O4@PAM材料，Fe3O4@PAM吸附U(Ⅵ)主要是U(Ⅵ)与Fe3O4@PAM表面含氮功能团络合。吸附在Fe3O4@PAM的U(Ⅵ)可以被酸溶液有效地洗脱。该材料具有很好的再生-重复利用性能，即使5次循环后，再生的吸附剂仍能保持在91％以上的吸附能力。 第五章中，我们从砷污染的土壤中筛选出了耐砷真菌米根霉并用米根霉菌丝体从污水中富集As(Ⅴ)的研究。研究了米根霉菌丝体与As(Ⅴ)之间的相互作用以及吸附动力学，米根霉菌丝体吸附As(Ⅴ)受溶液pH值和离子强度的影响，并且吸附过程是一个自发和放热的过程。在类似的实验条件下，米根霉菌丝体比其他生物吸附剂有较高的吸附As(Ⅴ)能力。Langmuir和Freundlich模型被用来拟合实验数据，Langmuir模型比Freundlich模型更符合吸附等温线。根据XAFS分析，在米根霉菌丝体内As(Ⅴ)被还原成As(Ⅲ)，并且As(Ⅲ)与菌丝体内蛋白质中的巯基络合。这些研究表明米根霉菌丝体有望应用于大规模污水中富集As(Ⅴ)。 第六章对本论文的研究结果进行总结，并对以后的研究提出一些设想。研究结果从分子水平上揭示重金属离子和放射性核素Co(Ⅱ)、Eu(Ⅲ)、As(Ⅴ)和U(Ⅵ)与吸附剂之间的富集机理有重要的参考意义，对阐明重金属离子和放射性核素在污水中的吸附作用过程也有一定的指导意义，为重金属离子和放射性核素进行危害评估以及有效治理提供了有关的理论基础和数据支持。