【摘 要】
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城市化和工业化发展等人类活动给土壤、水体造成的污染日趋严重,特别是含有无机和有机污染物的工业废水的排放,已对土壤、水以及环境造成了严重的威胁,因此,对废水中有毒污染物的去除和污染土壤修复技术的开发十分必要。目前,在许多种物理、化学和生物修复技术中,生物炭技术是吸附有机污染物（如抗生素、偶氮染料等）有效的方法,研究生物炭及其复合材料在环境修复中的作用机理具有十分重要的意义。为了更好地提高生物炭对污染
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城市化和工业化发展等人类活动给土壤、水体造成的污染日趋严重,特别是含有无机和有机污染物的工业废水的排放,已对土壤、水以及环境造成了严重的威胁,因此,对废水中有毒污染物的去除和污染土壤修复技术的开发十分必要。目前,在许多种物理、化学和生物修复技术中,生物炭技术是吸附有机污染物（如抗生素、偶氮染料等）有效的方法,研究生物炭及其复合材料在环境修复中的作用机理具有十分重要的意义。为了更好地提高生物炭对污染物的去除效率,可采用了各种物理化学等方法,如添加粘土和粘土矿物,以提高生物炭的比表面积、吸附活性位点和吸附效率。本论文选取不同粘土矿物制备生物炭粘土矿物复合材料,研究了该材料制备过程中的化学行为以及复合材料的物理化学特性,揭示了生物炭粘土矿物复合材料去除抗生素和偶氮等水体中有机污染物的作用机理。本研究通过对生物炭粘土矿物复合材料的制备,结合X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDS）、布鲁诺尔-埃米特-泰勒（BET）、电子顺磁共振（EPR）、拉曼光谱（Raman）、X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶变换红外光谱法（FTIR）等表征技术,研究了不同生物炭粘土矿物复合材料制备与改性过程中的化学行为及活化机理,实验得出了不同生物炭粘土矿物复合材料对水体中抗生素和偶氮染料的去除效果,并阐明了相关吸附作用机理。本研究主要成果如下:1.在350和650℃下分别制备了原生稻壳生物炭、CO2活化稻壳生物炭、生物炭蒙脱石复合材料、CO2活化生物炭蒙脱石复合材料八种碳材料,对比研究了八种材料对污水中环丙沙星（CPX）的去除效果。结果表明,350℃下制备的CO2活化生物炭蒙脱石复合材料对环丙沙星的吸附量最大,为50.32 mg g-1（pH=7,40℃条件下）,约为原生稻壳生物炭吸附量的2倍,揭示了生物炭蒙脱石复合材料去除水体中环丙沙星的作用机理主要为静电吸引、阳离子交换、孔隙填充效应和π-π相互作用等。2.在500℃条件下分别制备了原生稻壳生物炭、CO2活化稻壳生物炭、生物炭蒙脱石复合材料、CO2活化生物炭蒙脱石复合材料四种碳材料,开展了四种碳材料对阿奇霉素（AZT）去除效果的对比实验研究。发现CO2活化生物炭蒙脱石复合材料表面官能团、比表面积和孔隙结构等性质明显改善,对阿奇霉素（AZT）吸附量最大。阐明了静电相互作用、氢键结合和电子供体-受体相互作用是CO2活化生物炭蒙脱石复合材料去除水体中阿奇霉素（AZT）的主要作用机制。3.在三种不同温度(350、500和650℃下,利用高岭土、膨润土、碱活化剂碳酸钾（K2CO3）分别与污泥原料进行共热解,制备出高岭土生物炭复合材料、膨润土生物炭复合材料、碳酸钾改性复合材料九种复合材料及三种污泥生物炭。对比研究了 12种材料对阴离子型染料活性黑5（RB-5）的吸附性能和机理。研究发现制备的材料均具有良好的表面特性,对RB-5具有较好的去除性能,但碳酸钾改性生物炭（650℃）对RB-5吸附性能最优,最大吸附量为30.33 mg g-1。
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