随着社会发展，水体的重金属污染，在近些年引起了广泛的关注，吸附法是最为常见的水体重金属污染控制方法。生物炭材料吸附剂由于其廉价、易制备、操作简单等特点，被普遍用于重金属处理。但是，生物质吸附剂通常需要进一步修饰，以提高吸附效率。使用常见的，环境友好的矿物质元素，例如Fe、Mg、Al元素等，将生物质进行赋磁改性或表面改性，是常见的生物质功能化思路。
　　水热炭化法(Hydrothermal carbonization)是近年来兴起的一种生物质改性方法，通过水热的高温高压环境，在实现生物质向吸附能力较强的水热炭(Hydrochar, HC)转化的同时，实现对于水热炭的功能化改性，制备出高效的工程吸附材料。本工作中，采用Fe盐对HC进行赋磁改性，制备出磁性的Fe/HC吸附剂，以及采用Mg、Al盐对HC进行表面改性，制备出高效的MgAl/HC吸附剂。在此基础上，丰富矿物质元素的来源，采用富含Al、Fe的工业副产物—赤泥(Red mud, RM)对HC进行改性，制备出磁性的RM/HC吸附剂，实现了“以废治废”。之后，分别采用模拟废水和实际电镀废水作为处理对象，考察工程水热炭的动态吸附性能。本研究所得到的主要结论概述如下：
　　(1)使用Fe盐，结合简单热处理，成功实现了对于HC的赋磁改性，Fe以γ-Fe2O3的形式存在于HC表面。通过改变后续热处理气氛，对比探索反应机理，制备出的Fe/HC对Hg(II)展现出较好的吸附效果，主要以化学吸附为主，包括络合作用、共沉淀效应等，Hg(II)主要以Hg4Fe8O16C56H40的形式存在于Fe/HC当中。相较于传统的共沉淀法制备的磁性生物炭，Fe/HC有着更高的吸附效率，更好的可重复性。
　　(2)使用Mg、Al盐，成功制备了表面为层状纳米薄片结构的MgAl/HC吸附剂，实现了对于HC的表面改性。MgAl层状结构的存在，提高了吸附剂的比表面积(提升了44.5%)，丰富了表面官能团含量，从而提高了对于重金属的吸附效果。对于Pb(II)和Cr(VI)，MgAl/HC均展现出较好的吸附效果，对应着不同的吸附机理。而在Pb(II)和Cr(VI)同时存在时，吸附剂展现出较好的协同去除效应，也观察到了PbCrO4沉淀的生成。
　　(3)尝试采用RM对HC进行改性，通过高温处理得到了磁性RM/HC高效吸附剂。更进一步地观察到，热处理温度对于RM当中Fe的存在形态影响明显，HC扮演着还原剂的角色，促进Fe(III)向Fe(II)和Fe(0)活性成分转变，从而在RM/HC中形成Fe3O4和Fe(0)磁性成分，完成对HC的赋磁改性。RM/HC对Cr(VI)展现出较好的化学还原和吸附效果。
　　(4)构建动态吸附体系，将前述制备的Fe/HC、MgAl/HC、RM/HC吸附剂分别置于固定床反应柱当中，分别采用模拟废水和实际采集的电镀废水作为目标处理对象，考察主要工艺参数，包括初始重金属浓度、初始pH、液体流速、料层厚度等，对于动态吸附性能的影响，并采用多种动态吸附模型(Adams-Bohart模型、Thomas模型、Yoon-Nelson模型)对吸附穿透曲线进行拟合和预测。对于改性水热炭制备成本以及处理实际水体的经济性进行分析，从而评价其工业运用的可行性。
　　综合上述结论，本研究为金属元素和赤泥实现水热炭赋磁改性和表面改性，以制备高效重金属吸附剂提供了新的思路，并对其吸附性能和机理进行了全面分析。