纤维素是一种天然高分子材料,是一种来源广泛、生物可降解的环境友好材料。本实验以化学浆纤维素为原料,制备了谷氨酸修饰纤维素（GMC）、蒽基硼酸荧光探针修饰纤维素（FMC）和萘酰亚胺修饰氧化石墨烯纤维素复合膜（NGC膜）三种功能性材料,并研究了其应用效果。对三种材料的微观结构利用扫描电镜进行了观察,对改性材料合成前后进行了元素分析、红外光谱分析以证明合成反应的成功。本实验通过TEMPO/NaBr/NaClO氧化体系氧化化学浆纤维素制备氧化纤维素（TOC）,经电导率法测得羧基含量为1.2mmol/g。在温和条件下以水溶性的1-乙基-3-（3-二甲氨基丙基）碳二亚胺（EDC）为催化剂,加入N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）,使TOC的羧基与谷氨酸的氨基进行酰胺化反应合成GMC。实验测试了GMC吸附Cu²⁺、Hg²⁺两种重金属离子的效果,并探讨了最佳吸附条件。吸附需要30分钟达到平衡,当吸附体系pH值为5,吸附温度为65℃时吸附效果最好,当Cu²⁺、Hg²⁺初始浓度低于50ppm时吸附率可以达到90%以上,当Cu²⁺、Hg²⁺初始浓度为200ppm时最大吸附容量分别是45mg/g和42mg/g。对吸附数据模型拟合结果表明,GMC的吸附符合准二级动力学模型和Langmuir单分子层吸附模型。此外,研究了Cu²⁺、Hg²⁺双离子体系的竞争吸附,结果表明同单离子相比表现出竞争效果,同时总吸附量有所提升。荧光探针具有高灵敏性、快速以及荧光法无破坏性等优点,它能即时检测水中的各种离子。利用制备GMC的方法将谷氨酸替换为蒽基硼酸荧光探针可以合成FMC,FMC也是高效的吸附材料,同时可以同步检测水中的F^-。经过实验测试证明FMC对水中F^-的响应具有高灵敏性和专一性的特点,荧光强度随F^-浓度增强而上升,当体系中F^-浓度为10ppm时,荧光光谱于417nm波长处荧光强度有13%的提升。实验还测试了FMC对F^-的吸附效果,结果表明溶液pH值对吸附效果影响不大,吸附大概5-10分钟达到平衡,当F^-初始浓度为10ppm时吸附量可以达到8mg/g。碱和尿素的混合溶液是一种绿色的纤维素溶剂,用此溶剂溶解纤维素制备的纤维素溶液可以使用湿法制膜工艺制备纤维素平板膜。纤维素膜可以和荧光探针很好的结合,用以去除和检测水中重金属离子。实验探究了片层氧化石墨烯（GO）的加入对成膜的影响,通过接触角测量、BET等表征,证明了混入GO使纤维素膜的亲水性、比表面积都有所增强。将GO纤维素复合膜结合萘酰亚胺衍生物荧光探针制备的NGC膜对大多数重金属离子都有良好的截留效果,并且是是理想的Cu²⁺检测膜。NGC膜本身几乎没有什么荧光,加入Cu²⁺后,荧光有明显增强,当体系Cu²⁺浓度为100uM时,荧光发射光谱在510nm处荧光增强12倍多。同时对Cu²⁺的去除效果进行了测试,随着Cu²⁺浓度从10ppm增加到200ppm,NGC对Cu²⁺的去除率在99%到56%之间。