Сорбционные материалы на основе оксида графена (ОГ), модифицированного хитозаном (ОГ/Х) и производным лигнина – лигносульфонатом (ОГ/ЛС), разработаны для удаления тяжелых металлов из водных сред. Технологии получения нанокомпозитов включали стадии формирования гидрогеля и его последующей лиофилизации в целях сохранения структуры пористого пространства. Синтезированные наноструктурированные сорбенты охарактеризованы с использованием просвечивающей электронной микроскопией с элементным анализом, метода термогравиметрического анализа и путем измерения площади поверхности (БET). Термогравиметрический анализ показал наличие двух температурных интервалов потери массы нанокомпозитов: 3 – 5 % при температуре до 250…270 °С и 40 – 50% – до 750…770 °С. Измеренная площадь поверхности по БЭТ для ОГ/ЛС и ОГ/Х составила 85,34 и 73,256 м2/г соответственно. Адсорбционные исследования методом ограниченного объема проводили в буферных модельных системах для Cu2+ и Pb2+ при значениях рН = 6 с использованием атомно-абсорбционной спектрометрии. По результатам проведенных экспериментальных исследований установлены эффективные составы нанокомпозитов с наилучшим соотношением исходных компонентов. Для нанокомпозита ОГ/ЛС наиболее результативным является соотношение 2 : 1, для ОГ/Х – 100 : 1. Величина адсорбционной емкости для указанных соотношений составила по свинцу: для ОГ/ЛС – 178,1 мг/г, для ОГ/Х – 197,38 мг/г; по меди: для ОГ/ЛС – 162,39 мг/г, для ОГ/Х – 186,17 мг/г.