水热碳化技术是一项新兴的热化学转化技术,可将生物质转化为水热炭、生物油以及其他化学品等潜在的终端产品。由于其环境友好性,如降低温室气体的排放,对于许多环境专家来说,是一个热点的研究领域。另一方面,人类面临着地表重金属污染和工业废水的排放导致了严重的健康问题,以及世界范围内的土壤退化问题。在本研究中,对基于水热碳化技术制备的碳质材料进行了水溶液中重金属Cr（VI）的去除和土壤改良剂两种不同用途的应的研究。首先,采用糠醛渣（FR）、桉树木屑（ESD）、玉米秸秆（CS）和玉米芯（CC）等为原料,将其在微波辅助水热碳化反应器中以水作为反应介质进行处理,然后对随后的固体炭质产物采用低浓度氢氧化钾（KOH）进行处理,并考察制备的炭质材料对Cr（VI）的吸附性能,具体考察对pH、接触时间、温度、溶液浓度等重要参数对吸附性能的影响。研究结果表明,采用微波辅助处理KOH浓度,可提高Cr（VI）的吸附能力（FR为36.91 mg/g,ESD为34.07 mg/g,CS为30.15 mg/g,CC为29.46 mg/g）。在吸附最佳条件下（pH 2,25°C,以及2.5 g/L吸附剂用量）,Cr（VI）初始浓度为100 mg/L,吸附平衡后Cr（VI）去除率分别为FR（0.05）91.72%,ESD（KOH 0.05）85.53%,CS（KOH 0.1）75.48%以及CC（KOH 0.05）73.04%。FR的实验吸附数据最符合Freundlich模型,遵循伪二阶动力学模型。热力学研究的结果为负值,表明其吸附过程是自发的放热过程。该研究结果表明以糠醛渣为原料制备的改性水热炭可作为高成本活性炭等吸附剂的替代品。另外,以农牧生产的牛粪和农业产生的桉树木屑为原料,采用水热碳化法生产改良土壤型生物炭。开展了一系列实验研究了原料配比和催化剂（K₃PO₄）等对生物炭收率及其理化性质的影响,并且对生物炭进行了SEM和BET表征,测试其持水能力（WHC）和阳离子交换能力（CEC）等土壤应用性能参数。两种原料通过水热碳化方法制备的生物炭产率为59%-69%,显著高于传统热解法方法制备生物炭的产率。工业分析结果说明两种原料共水热碳化制备的生物炭形成了高密度的炭质结构,同时含有营养更为均衡的氮磷等营养元素。牛粪和桉树木屑的共水热碳化制备的水热炭产物的持水能力明显优于各原料的水热碳化产物,其中添加ESD:CM（1:1）条件下获得的催化水热产物的最大WHC为40.95%（P<0.05）,比对照高78.74%。此外,催化水热碳化进一步提高了阳离子交换能力,加入ESD:CM（催化剂1:1）,CEC最高为10.4±0.13 cmol/kg,比对照高143.74%。这些结果表明,不同的原料和催化剂在水热碳化中的应用,可显著其产物在土壤应用方面的性能。这些结果表明,牛粪和木质纤维素生物质的共水热碳化是一新型的途径农林废弃生物质的资源化利用,可就地资源化利用制备土壤改良型生物炭,用于可持续农业。