近年来,我国的工业和经济均取得了长足的进步和发展,与此同时,我们也面临着日益严峻的环境污染问题。数量级庞大的重金属污染物因为各种各样的的原因,在没有及时有效的得到良好处理后直接排入水体,由此引发的水环境生态问题愈发严重。以往所采用的传统处理方式如化学法、物理法等虽能在一定程度上达到去除重金属的目的,但是这类方法不仅成本高,且对重金属的去除能力相当有限。不仅如此,化学法和物理法在处理过程中还会伴有二次污染的隐患,大量的化学污泥对于后续的处置来讲也是非常棘手的问题。因此,利用性价比高的吸附剂对重金属进行吸附是近年来的科学研究热点。水稻秸秆和玉米秸秆含有大量的纤维素,内含丰富的羧基、羟基等官能团,能制成对重金属具有很强的吸附力的生物炭。由于我国北方的冬季寒冷,秸秆如果还田,则无法被微生物顺利转化为对土地有利的物质,将这些秸秆用于制造吸附剂,是处理这些农作物残体的良好应用方向。因此,本文选取产自北方的水稻秸秆和玉米秸秆,制备成生物质炭,所制备的生物质炭孔隙结构发达、比表面积大、且其上遍布表面官能团,上述优良特性使得生物质炭能够对重金属达到良好的吸附作用。本文选取水稻秸秆和玉米秸秆为原材料,用热解法制备生物质炭,并对其吸附效果和机理进行了研究,分别从性质、环境影响、吸附机理等方面系统分析了秸秆生物质炭作为重金属离子吸附剂的可行性。本论文主要研究内容及结果如下:(1)用热重-质谱分析秸秆热解过程,确定制备生物炭的温度,以水稻秸秆和玉米秸秆分别作为原材料,在不同的热解温度(300℃、400℃和500℃)下制备了生物质炭,用SEM电镜扫描、元素分析等手段对所制得的生物质炭进行表征,分析其性质。结果表明,水稻秸秆和玉米秸秆随着温度的升高,其生物质炭的含碳量先升后降;水稻秸秆和玉米秸秆在不断升温的过程中,其比表面积和总孔隙体积也在不断增大,伴随着温度的升高,其pH值也在逐渐升高;水稻秸秆和玉米秸秆的表面形态,在不断升温的过程中,二者的多层结构和孔隙结构趋于完善;与此同时,温度升高也使得水稻秸秆和玉米秸秆的纤维素和半纤维素慢慢热解,最终形成了无定型结构的生物质炭。明确了制得的生物质炭,从性质上拥对水溶液中重金属的良好去除能力,且从性价比考虑,以400℃条件下制得的炭为最佳选择。(2)单因素实验结果显示了各种变量对秸秆生物质炭的镉离子吸附能力的影响:以水溶液初始镉离子为变量,随着镉离子含量的增高,生物质的吸附能力先上升后下降,当生物质炭添加量在0.5 g,镉离子浓度在4 mg/L时,生物质炭的吸附能力达到最佳。以水溶液p H为变量,随着pH的不断升高,其吸附能力先上升后下降,当pH为8时,生物质炭的吸附能力达到最佳。以温度为变量,其吸附效果随升温而下降,温度为15℃时吸附效果最佳。以吸附剂投加量为变量,镉吸附率随着炭的添加先迅速提升再缓慢上升,而后下降,因此在实际应用时应考虑吸附点位饱和的情况。以时间为变量,吸附率在40-50 min左右减缓并达到平衡。(3)机理分析的结果如下:通过对实验数据进行等温吸附分析可知,秸秆生物质炭对金属离子的吸附更符合Langmuir模型,说明生物质炭对镉的吸附以单分子吸附为主,同时Freundlich模型拟合数据中的1/n均低于0.5,证明吸附效果较强,为易吸附。动力学模型拟合分析得到的结论显示,生物质炭对金属离子的吸附更贴合准二级动力学模型,证明生物炭对镉的吸附主要为化学吸附。(4)综合分析实验结论,得出玉米、水稻秸秆制成的生物质炭均适合作为处理水中金属离子的吸附剂,二者都具有良好的处理重金属污染能力,其吸附效果和机理类似,玉米秸秆生物质炭在吸附镉的性能上略优于水稻生物炭。