生物炭是生物质在缺氧或厌氧条件下热解形成的一种含碳物质,被广泛用于大气碳汇减排、提高土壤肥力及土壤污染修复等领域。生物炭含有丰富的含氧活性基团,不仅可能影响功能微生物对各类污染物的还原过程,也可能参与铁矿物的生物还原并形成碳/铁复合物。另一方面,作为微生物修复技术的核心,功能微生物在土壤含水层中的运移、截留与分布情况直接影响修复效果,近年来引起广泛关注。目前,利用生物炭介导促进微生物直接还原污染物的研究非常有限,生物炭如何通过参与异化铁还原过程间接影响污染物的还原转化还未可知,微生物细胞与生物炭的结合方式及两者在水动力条件下穿过多孔介质的运移行为也鲜有报道。基于此,本研究以自制生物炭和典型电活性细菌奥奈达希瓦氏菌MR-1（Shewanella oneidensis MR-1）为研究对象,考察了生物炭对MR-1还原硝基苯的影响,探究了生物炭参与MR-1异化铁还原后形成的碳/铁复合物去除水中Cr（Ⅵ）的能力,解析了生物炭胶体颗粒与MR-1细胞的异团聚行为、水动力条件下两者在饱和多孔介质中的共运移行为以及MR-1细胞在含生物炭等不溶性电子受体的氧化还原活性介质中的运移行为。主要研究成果如下:首先考察了生物炭对MR-1还原硝基苯的影响。结果表明,生物炭含有导电的碳骨架结构及醌基等含氧基团,具有氧化还原活性。在溶液中,生物炭与MR-1细胞紧密接触,介导MR-1的胞外电子传递,促进硝基苯的生物还原。分别由小麦和棉花秸秆制备的生物炭对MR-1还原硝基苯的促进作用相近,而随着热解温度的提高（300-800 ℃）,生物炭的导电性逐渐增强,促进效果更明显。此外,促进效果随生物炭浓度的提高而增强,但当生物炭浓度达到0.67 g/L时促进作用有所下降。铁矿物广泛存在于天然环境中,在生物地球化学循环过程中发挥重要的作用。本研究发现生物炭能介导促进MR-1异化还原水铁矿和针铁矿,提高Fe（Ⅱ）的产量,并与次生矿物形成具有还原性的碳/铁复合物。该复合物通过吸附-还原机制高效去除水中Cr（Ⅵ）,最终以Fe-Cr共沉淀形式固定Cr。复合物对Cr（Ⅵ）的去除效果随pH（5.5-8.0）的升高而降低,随温度（15-30℃）的升高而升高,基本不受离子强度（0-100mMNa+）影响。生物炭和MR-1细胞的直接接触有利于两者之间的电子传递。本研究考察了生物炭胶体颗粒和MR-1细胞的异团聚行为,发现随着电解质浓度（1-100 mMNa+和0.1-5 mM Ca2+）的提高,细胞和生物炭间的静电排斥作用减弱,两者团聚速率加快。更为重要的是,提高电子供体乳酸钠浓度后异团聚速率加快,而当胞外电子传递关键基因缺失时异团聚速率降低。趋能运动实验结果进一步表明,MR-1细胞能够借助胞外电子传递和鞭毛进行趋能运动,促进两者异团聚。微生物和胶体颗粒的运移是两者在天然土壤中的重要环境行为,对生物修复的有效进行具有重要影响。本研究选择饱和石英砂介质,采用砂柱实验考察了生物炭胶体颗粒和MR-1细胞在水动力条件下的共运移行为,发现两者的共运移主要受到异团聚的抑制,表现出熟化的运移机制。未向体系中添加电子供体时,共运移行为主要受DLVO作用和疏水作用影响。外加电子供体乳酸钠后,MR-1通过胞外电子传递不仅能够还原生物炭进而提高其疏水性,也能诱发细胞的趋能运动,促进两者异团聚进而发生物理阻塞,使二者的运移能力显著下降。环境中的生物炭除了以胶体颗粒形式进行迁移外,还会留存在土壤介质中,使介质表面表现出氧化还原活性。本研究考察了 MR-1细胞在含生物炭等不溶性电子受体的氧化还原活性介质中的运移行为,发现提高电子受体负载量、添加电子传递介体物质以及提高电子供体浓度等均能够显著降低细胞的运移能力,而胞外电子传递和鞭毛运动能力的缺失使MR-1的运移能力提高了 40%以上。运移模型反演结果进一步表明,MR-1能通过胞外电子传递向介质中的生物炭等不溶性电子受体传递电子,并利用鞭毛进行趋能运动,使细胞沿非水流方向扩散,促进细胞在介质表面的附着和沉积。无可溶介体物质时细胞运移行为主要受热力学控制,细胞运移能力主要取决于介质表面还原电位;存在可溶介体物质时细胞运移行为主要受动力学控制,细胞运移能力主要取决于介质接受电子速率。本论文研究表明,氧化还原活性生物炭不仅能够介导微生物胞外电子传递促进污染生物修复,还能够诱发细胞的趋能运动,与细胞发生异团聚,抑制细胞在多孔介质中的运移行为。该研究成果深化了对微生物与氧化还原活性碳材料的环境行为的认识,对氧化还原活性生物炭在污染场地生物修复中的应用具有一定的参考价值。