新疆作为我国主要棉花生产基地,每年产生上百万吨的棉秆,但存在废弃量大、资源化利用率低等问题,不仅造成了生物质资源严重浪费,还会引起区域环境问题。基于环境保护和资源化利用的背景下,本研究以废弃棉秆为原料,在不同炭化(活化)条件下制备棉秆基炭质材料,开展了制备条件对棉秆炭表面结构演化的影响研究;以亚甲基蓝和碘为吸附对象,探讨了棉秆炭表面结构与吸附容量间的内在关系;在此基础上,考察了不同加热方式制备的棉秆活性炭对染料的吸附作用及影响因素,结合炭质材料的表面结构特性,分析炭材料的结构与污染物吸附之间的关系及其对4-硝基甲苯和甲基橙的吸附机理,研究结果如下:(1)在无活化剂的条件下,炭化温度是影响棉秆炭产率的主要因素,热解时间对产率的影响较小。随着炭化温度升高,棉秆炭的含碳量急剧增加,而含氧官能团迅速减少,碱性官能团显著增加,表面极性减弱,芳香性和稳定性增强。在300-600℃形成了以中孔为主的结构;当炭化温度达到700℃时,形成了以微孔为主的孔隙结构,对亚甲基蓝和碘的吸附量主要取决于炭的总表面积和微孔比表面积。(2)棉秆炭对4-硝基甲苯的吸附过程均符合拟二级动力学方程,其平衡吸附量均为C700>C500>C300;而 C300、C500 和 C700 的反应活化能分别为 0.25kJ/mol、0.31kJ/mol和 2.25kJ/mol,吸附过程物理吸附与化学吸附共存。C300和C500的吸附等温线符合Langmuir方程,为单分子层吸附;而C700的吸附等温线符合Langmuir和Freundlich方程,既有单分子层吸附,也存在多分子层吸附;棉秆炭的吸附过程均为优惠吸附。C700对4-硝基甲苯的饱和吸附容量可达100 mg/g,在去除水中疏水性有机污染物方面具有一定的潜力。(3)常规加热-磷酸活化条件下,磷酸浓度对棉秆活性炭产率影响最大,而活化温度对孔结构、元素组成和表面官能团影响最大,活性炭表面以酸性官能团为主。在磷酸浓度为40%,浸渍比为2,活化温度为500℃,活化时间为1.5h的条件下,可得到总比表面积、微孔比表面积和总孔容最大的棉秆活性炭样品;其对碘和亚甲基蓝的吸附值分别为1109.3mg/g和269.6mg/g。棉秆活性炭的总比表面积、总孔容和微孔比表面积对亚甲基蓝和碘的吸附有极显著影响。(4)微波加热-磷酸活化条件下,微波功率对棉秆活性炭产率、孔结构、元素组成和表面官能团影响最大,活性炭表面以酸性官能团为主。在磷酸浓度为50%,浸渍比为2.5,辐射功率为560W,辐射时间为8min,可以获得总比表面积、微孔比表面积和孔容相对较大的微波炭样品,其对碘和亚甲基蓝的吸附值分别为907.5mg/g和288.7mg/g。微波炭的微孔比表面积、总比表面积和中大孔比表面积与碘和亚甲基蓝的吸附量呈极显著正相关。(5)不同加热方式制备的棉秆基活性炭均为中孔炭材料,其有相似的表面结构,而形貌特征、官能团数量和pHpzc并不相同。EAC与MAC均可有效的去除溶液中的甲基橙,但其吸附量受棉秆投加量、离子强度、初始浓度及pH的影响。两种炭对甲基橙的吸附符合Langmuir方程和拟二级动力学方程,为单分子层吸附,化学吸附是其中的限速步骤。pH影响两种炭对甲基橙的吸附机理,化学吸附是中性条件下两种炭对甲基橙的主要吸附机理,而在酸性或碱性条件下,离子交换为主要的吸附机理。