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水体中的重金属Cr(Ⅵ)具有难降解性、高毒性和高致癌性,严重危害人类健康；头孢氨苄在水体中长期大量存在,会对生态系统和人类健康造成巨大的直接或潜在威胁。活性炭吸附法是一种简单有效的水处理方法。然而目前用活性炭吸附头孢氨苄的研究较少,其吸附机理尚不明确,活性炭的表面化学性质对于头孢氨苄吸附的影响未见研究；Cr(Ⅵ)在活性炭上的吸附量较低,对活性炭进行表面改性可以提高其吸附性能,但目前常用的强氧化剂改性的方法存在破坏孔结构、降低表面积、产生二次污染等问题,负载金属离子改性可以避免这些缺点,但这方面的研究还未见报道。本研究以一种水生植物废弃物--菱角皮为原料,采用H3P04活化法制备价格低廉的活性炭(TAC)。采用负载铁离子、硝酸氧化、过氧化氢氧化三种方法对菱角皮活性炭进行改性,考查改性对于活性炭的物理化学性质及其对Cr(Ⅵ)和头孢氨苄吸附性能的影响。采用比表面积分析仪、XRD、FTIR、等电点滴定等方法对TAC和改性TAC的物理化学性质进行表征。结果显示菱角皮活性炭是一种无定形炭,比表面积高达1224m2/g,平均孔径为3.4nm,微孔和中孔结构发达；表面官能团以羧基、醇羟基和内酯基为主,等电点为6.20。采用三种方法进行改性后,活性炭依然为无定形状态。载铁改性后,活性炭的比表面积和总孔容略微下降,下降量主要来自中(大)孔的减少；活性炭表面的酸性官能团含量增多,等电点下降为3.77。采用HN03和H202改性后,活性炭的总表面积和总孔容急剧下降,下降量主要来自中(大)孔的减少；活性炭表面官能团含量增多,表面酸性增强,等电点分别下降为2.55和3.61,HNO3改性还引进了含氮官能团。载铁改性可以大幅提高活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附性能。最佳改性条件为：铁盐FeSO4,负载浓度0.1molFe/L,干燥温度100℃。改性后Cr(Ⅵ)的最大吸附容量由49.0mg/g提高到68.5mg/g。TAC和载铁TAC对Cr(Ⅵ)的吸附等温线符合Langmuir和Freundlich等温模型,吸附动力学符合伪二级动力学模型；TAC和载铁TAC对Cr(Ⅵ)的吸附性能随着溶液pH的增大而急剧下降。机理研究发现,Cr(Ⅵ)在载铁TAC上的吸附可分为四步：活性炭表面快速的质子化或去质子化；Cr(Ⅵ)离子与表面官能团接触,部分Cr(VI)与铁形成内轨型配合物；Cr(VI)被一些官能团还原成Cr(III),同时活性炭表面被氧化,形成新的含氧官能团；Cr(III)通过离子交换的方式被活性炭吸附。载铁改性后,活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附性能提高的原因在于：负载的铁可与Cr(VI)络合,载铁引入了更多的酸性官能团和较多的吸附位点,并增加了活性炭表面的亲水性。菱角皮活性炭对头孢氨苄的吸附性能良好,吸附容量可达416.7μmol/g。硝酸改性能提高TAC对头孢氨苄的吸附性能,过氧化氢改性却降低了其吸附性能。TAC和硝酸改性TAC对头孢氨苄的吸附等温线符合Freundlich等温模型,吸附动力学符合伪二级动力学模型；头孢氨苄的吸附性能随着溶液离子强度的增大而下降,随着溶液pH的增大先缓慢下降,后急剧下降。头孢氨苄主要以阳离子和两性离子的形式被活性炭吸附,其吸附机理包括静电吸引、憎水亲和及与表面官能团共价结合。活性炭表面的含氮基团能促进头孢氨苄的化学吸附。硝酸改性能提高活性炭对头孢氨苄的吸附性能,主要是因为改性增加了活性炭表面的含氧和含氮官能团的含量,且增强了其表面酸性。