近年来,随着矿业、电镀、制革等与金属相关工业的快速发展,大量含重金属的工业废弃物、工业污水通过各种途径进入生物圈内,引发了一系列环境问题。由于重金属无法被生物降解,且能通过生物链循环进入植物体、动物体,最终会危害人类健康。随着人们生活水平的提高和环保意识的增强,高效、简易、低成本的重金属污染物处理措施成为了研究热点。水泥基材料被广泛应用于含重金属固废的固化处理,但处理后的固化体存在体积稳定性差、重金属溶出等问题。螯合吸附纤维目前被广泛应用于含重金属废水的分离与处理,具有选择性强、吸附容量大等特点,鉴于纤维材料在土木工程领域也有广泛应用,本文通过化学方法将纤维材料改性制备螯合吸附纤维,使之实现对废水中重金属离子的有效吸附,并将螯合吸附纤维同水泥基材料共同用于固化重金属离子及含重金属固废,对固化体的力学性能、重金属浸出毒性等进行实验研究。具体研究内容包括:以工程领域常用的有机合成聚丙烯纤维和天然植物纤维素纤维作为基体材料,通过自由基聚合的方法,在纤维表面接枝丙烯腈,并优化实验条件,使丙烯腈接枝率分别达到了33.33%和92.18%;将接枝纤维同盐酸羟胺和二乙烯三胺反应,制备偕胺肟化、胺化改性的聚丙烯/纤维素基螯合纤维。改性后的聚丙烯纤维表面更粗糙、比表面积增大,而改性后的纤维素纤维表面被反应产物覆盖、比表面积有所下降;两类改性纤维表面都含有大量的偕胺肟基团和氨基基团,纤维亲水性明显增强,热稳定性有提升。将制备的改性聚丙烯/纤维素纤维用于同时吸附水溶液中的Cu2+、Pb2+、Zn2+三种重金属离子,讨论了溶液初始pH值、离子初始浓度以及吸附时间对改性纤维吸附性能的影响,研究了改性纤维的吸附稳定性和循环吸附性能,并通过吸附动力学、等温吸附曲线以及FT-IR、XPS等表征手段对吸附机理进行探讨。研究结果表明,制备的改性纤维对Cu2+、Pb2+、Zn2+的吸附容量高、吸附速率快,且吸附过程均为化学吸附,纤维表面功能基团中N、O能同三种离子发生螯合作用并形成稳定配位结构,而影响Cu2+、Pb2+、Zn2+三种重金属离子竞争吸附的因素为离子亲和力、空间位阻效应及离子共价指数。相较于改性聚丙烯纤维,改性纤维素纤维对三种重金属离子的吸附效果更好,但20次吸附循环后的吸附量损失更大。将制备的改性聚丙烯/纤维素纤维和水泥共同用于固化Cu2+、Pb2+、Zn2+三种重金属离子,通过凝结时间、抗压强度、水化放热量和水化产物等测试分析,探讨重金属离子、改性纤维对水泥性能影响,并利用三种不同的浸出试验方法,探究纤维水泥复合材料对重金属离子的固化能力。研究结果表明,Cu2+、Pb2+、Zn2+会抑制水泥水化反应,导致水泥抗压强度降低、凝结时间延后,而掺入改性纤维可以有效弥补重金属离子对水泥水化的负面作用,且能通过双重稳定作用增强水泥对三种重金属离子的固化效果。此外,改性纤维还能提高水泥对甲基橙染料的吸附量,实现99%以上的吸附效率。基于改性纤维及其水泥基复合材料对重金属离子的良好吸附固化性能,将两种含重金属固废污泥和赤泥作为矿物掺合料掺入水泥,探究掺入不同种类改性纤维及不同污泥/赤泥取代率时固化体的抗压强度、重金属浸出毒性和化学形态分布。研究发现,提高污泥/赤泥取代量会降低固化体的抗压强度、提高固化体中处于可交换态、碳酸盐结合态重金属离子的相对含量,增大固化体中重金属离子的溶出量;在掺入不同种类的改性纤维后,固化体抗压强度提高、重金属浸出毒性明显降低,且处于残渣态、有机结合态以及铁/锰氧化物结合态的重金属离子相对含量明显提高。对污泥/赤泥固化体基质及滤液分别建立模型、评估环境风险,得到了不同取代量时固化体基质和滤液的环境风险变化规律,且掺入改性纤对降低污泥/赤泥固化体基体和滤液潜在环境风险具有积极作用。