重金属镉Cd 和类金属 砷 As 由 于具有高毒性和强迁移性 ，其在 水环境中的 存在 受到了世界范围内的广泛关注。为了有效降低水环境中的镉，砷污染风险并保障人类的饮用水安全，合理开发设计高效的除镉，除砷材料具有重要的意义。然而 在 目前已存在的天然吸附剂或 人 工 合成吸附剂 中 ，不少均 存在着 去除容量低， 适用范围窄等缺陷，主要原因在于 ：：(i) 吸附剂表面缺乏足够的活性位点；ii）反应所需活化能较高 。为了解决 这 两点缺陷给材料在高效修复重金属 或类金属 方面造成的障碍，本文采用过渡金属修饰的方法设计了两种新型的除镉，除砷材料，利用过渡金属的变价性以及较强的电子传输能力 ，成功活化了反应界面不仅有效增加了本体化合物的活性位点数量，同时也降低了 活化能 ，大大提高了Cd As在界面上的 去除效率。 同时，经过渡金属改性后的化合物对 Cd As也展现 了 更 强 的结合力，所能适应的环境范围也更广，具备良好的应用前景。本文针对镉，砷在过渡金属改性材料 上 的去除过程和机制也进行了详细探究，为 CdAs的水环境修复提供了一定的理论支持。本文的主要研究结果如下：
     （1)通过化合物复合的方 式在碳基材料上成功引入了过渡金属钼（ Mo制备了硫化钼 /氧 掺 氮化碳复合材料 (MOS/OCN)。 合成的复合材料经过优化后，对水溶液中的 Cd2+展现了优异的去除性能，其最大吸附容量可达 293.8 mg/g，是二硫化钼（ MOS-DMF）的 2.1倍，氧掺氮化碳（ OCN）的 8.7倍。 随着 pH的增大 MOS/OCN的除镉能力也在不断加 ，并 展现了良好的抗干扰性 能。经XRD XPS 和 FTIR表征证明在复合物中， 过渡金属 Mo是 以 MoS2和 MoO3的形式共存于 OCN的表面 。 本研究发现 除了众所周知的 Cd-S软软结合 外， Mo对 Cd2+的去除 也 产生了重要的作用 ，原因在于 MoS2的氧化过程和 MoO3的水解过程所产生 的 MoO42-可以 与 Cd2+快速 结合生成 CdMoO4沉淀。 其中 OCN能提供较大的比表面积和稳定的界面，有利于 MoS2和 MoO3纳米颗粒的分散 ，一方面 使更多的活性位点暴露出来 另一方面促使 MoS2与 MoO3与 O2和 OH-接触，产生更多的 MoO42-，从而导致 Cd2+的去除 效率提升 。
     （2) 利用原子掺杂的方式在碳酸氧镧（ La2O2CO3）晶格里成功引入了过渡金属锰（ Mn）），制备了锰掺碳酸氧镧 复合物 MnL 。 对 掺锰比例进行优化后，MnL对五价砷 As( 最 大吸附容量可以达到 555.6 mg/g，远远高于目前大部分文献所报道的除砷吸附剂的吸附容量。其在较广的 pH范围 pH 4-9 内均能展现良好的除 As(V)能力，并且具备良好的抗干扰性和稳定性。宏观 吸附实验以及微观表征结果表明 As(V)的去除过程与 As(V)相对浓度有关。 当 As(V)相对浓度较低时， As(V)在 MnL上 主要通过 内层络合与离子交换的方式被去除，而 As(V)相对浓度较高时 ，除了配位络合和离子交换外，形成 LaAsO4表面沉淀也是 As(V)去除的重要原因。多变的去除路径使得 MnL可以灵活应对不同浓度的砷污染风险。 通过 DFT 理论计算发现 Mn掺杂不仅可以为吸附剂提供更多的吸附位点，还能活化附近的 La原子，增加其费米能级处的电子 态 密度并有效降低吸附能，从而有利于 As(V)的吸附去除。
     (3 )由于三价砷（ As(III)）很难通过直接吸附的方式被去除 在 MnL的基础上， 需 耦合双氧水 H2O2 对溶液中的 As(III)先进行预氧化后再进行高效 去除。实验 结果表明 MnL与 H2O2构成 的 催化氧化耦合体系（ MnL/H2O2）可以在 6 h内使 As( 20 mg/L）的去除效率达到 90%，并且能在较广的 pH范围（ pH 5-9内维持较高的去除效率 ，有效地拓宽了 双氧水 的适用 pH范围。对于处理低浓度的 As(III)水溶液， MnL/H2O2耦合体系可在 8 h内使 As(III)的出水浓度达到世界卫生组织（ WHO）规定的饮用水标准 和中华人民共和国规定的生活饮用水卫生标 准 。 MnL在循环使用三次后，对 As(III)的去除效率可维持在 99.1%，展现了良好的稳定性。机理分析发现界面超氧自由基（ （∙O2-，，∙OOH）是 As(III)被高效氧化的关键因素， 而 ∙O2-主要来源于界面 Lewis酸碱加合过氧化物（ La-OOH**）的分解。氧化 生成的 As(V)被及时固定在 MnL表 面 形成 LaAsO4沉淀，从而使得 As(III)得以 高效 氧化并且 去除。在整个过程中 MnL表面上低价态的 Mn不仅可以作为类芬顿催化位点促进 H2O2分解产生 ∙OOH 还能 提高双氧水在界面上的吸附率 并加快 氧化反应中电子的传 递， 最终 使 As(III)的去除效率得以提高 。