当前环境破坏日益严重、资源储备逐渐减少,植物已经承担了部分修复环境污染和提供能源的功能,如利用植物富集水体中的重金属来净化水质、将植物生物质炭化后,代替价格高昂的活性炭吸附水中污染物或作为超级电容器的电极材料用于电化学储能方面。水葫芦来源广、价格低廉、生物量大、繁殖快,不合理处理易导致生物入侵,造成生态危害,若直接扔掉会浪费生物资源。本文以水葫芦为研究对象,研究其对水体中重金属Fe、Co、Ni的富集净化能力,并通过不同的方法制备成生物炭分别用于吸附水体中六价铬和超级电容器电极材料,本论文主要研究内容如下:(1)通过静态水培方法研究水葫芦对水体中Fe、Co、Ni的短期富集净化能力,发现水葫芦对上述三种重金属的短期去除能力表现为Fe≥Co>Ni;对三种重金属的富集都在6d以内达到平衡,且初始浓度越低,净化能力越好,初始浓度小于3 mg/L时,Fe和Co的去除率均达到了 80%以上;富集后的水葫芦根部重金属含量是茎和叶部位总和的15-30倍,说明根部在净化过程中发挥较大作用。实际运用时适合处理低浓度的Fe、Co污染废水,并需要及时打捞以提高去除效率。(2)水葫芦生物质在氮气气氛下快速热解10 min制备水葫芦生物炭,模拟吸附水体中Cr(Ⅵ)。结果表明热解温度为400℃时水葫芦生物炭的吸附效果最好,溶液pH较低有利于吸附反应的进行,在pH=1,C0=100 mg/L时WHBC400处理效果达到了 99%;吸附等温线符合Redlich-Peterson模型,吸附动力学遵循伪二级吸附动力学模型;在不同温度下(25、35和45℃),实验发现45℃条件下的反应平衡常数最大;采用多种表征手段分析水葫芦生物炭的吸附机理,结果表明水葫芦生物炭吸附水中Cr(Ⅵ)时主要影响因素是官能团,其中羧基在吸附过程中发挥了主要作用。(3)水葫芦生物质在空气气氛下,利用KCl和NaCl混合物进行一步炭化活化制备水葫芦生物炭。实验发现混合后并覆盖的方法得到的水葫芦生物炭产率比直接覆盖法平均高出约10%,并通过TG-DSC分析了熔盐在炭化活化过程中的作用机理。比表面积、X射线衍射等分析表明水葫芦叶部生物炭层片结构最薄,块状堆积结构最小,比表面积最大为582.81 cm3/g,且以微孔为主。样品中存在石墨化结构和丰富的含氧官能团。电化学测试中水葫芦叶部生物炭的电化学性能最好,在电流密度为1 A/g时比电容达到了122 F/g,在电流密度为10 A/g时,电容保持率为67.2%;组装成对称双电级电容器时,0.5 A/g电流密度下的比电容为63 F/g,能量密度最高为4.375 Wh/kg,此时功率密度为0.035 W/kg。