作为生物质热解的重要产物,生物炭可作为吸附剂回收污水中的磷,进而作为原料制备炭基肥。基于此,本文提出了生物质富镁热解制备富镁生物炭方法,在生物炭生成过程中负载微纳尺度的氧化镁颗粒,有效提升磷吸附能力。全文主要研究结论如下:首先将热重-傅里叶变换红外光谱仪、原位漫反射红外傅里叶变换光谱和二维相关红外光谱相结合研究了热解过程中典型官能团的演化过程。发现柠檬酸镁添加后的热解过程中,纤维素首先发生糖苷键断裂和吡喃环开环反应,而非直接热解时的醇羟基脱除。而木聚糖则优先发生羟基脱水反应,而非直接热解时的开环反应。木质素则首先发生木质素苯环之间的连接键断裂,侧链脂肪烃、醇羟基等结构逐渐脱除,之后开始发生芳环结构重构和缩聚成稠环结构。进一步采用固定床热解研究了热解温度、混合比例对真实生物质（莲蓬壳）富镁热解特性的影响,并探讨柠檬酸镁的演变,发现随着柠檬酸镁（MCi）添加量的增加,促进了CO2、酚类和芳烃类产物的生成。温度＜450℃时,富镁热解提高了乙酸、含氮化合物和脱水糖的产率,降低了CO2、CO的释放。温度＞550℃,MCi分解生成的MgO和氢自由基促进了酮类和酚类的生成。之前的研究表明,镁盐前驱体对富镁生物炭的结构特性有重要影响,因此继续研究了不同镁盐对富镁热解产物与富镁生物炭中MgO形态的作用机制。发现氯化镁和硝酸镁均促进了酮类和含氮组分的生成;乙酸镁主要促进了乙酸和呋喃类物质的生成;柠檬酸镁明显促进了酚类生成。另外氯化镁促使形成氧化镁晶须,硝酸镁和醋酸镁促使形成片状氧化镁晶体,柠檬酸镁促使生成几十纳米尺度且分布均匀的球状氧化镁颗粒。研究了上述制备得到的富镁生物炭对磷酸根的吸附过程。发现富镁生物炭表面MgO首先质子化生成MgOH+,进而与磷酸根离子通过静电吸引发生表面复合,最后MgOH+与被吸附的磷酸根离子发生反应生成Mg3（PO4）2和Mg HPO4沉淀。另外,生物炭表面大量的脂肪链C-H/C-C官能团与磷酸根通过氢键复合,能够大幅提升其快速吸附过程的吸附能力和吸附速率。考察了磷吸附性能受水体环境的影响规律,运用Aspen Adsorption软件建立吸附的数学模型,并进行了技术经济性分析。发现富镁生物炭具有较强的p H适应性,较快的吸附速率,较高的吸附容量（452 mg P/g）和MgO利用效率;经固定床吸附模拟验算,富镁生物炭穿透吸附柱的时间可长达660 min。采用成本效益法对莲蓬壳转化为富镁生物炭项目进行了技术经济评价,在现有规模和工艺下,该项目的市场风险主要来自产品价格。