活性染料废水由于排放量大、色度高、水质复杂，水溶性高等特点使其成为废水处理中的难点。迄今为止，吸附法仍是处理染料废水的主要方法，开发新型、高效、环境友好的吸附剂是环境工作者的主要任务。由于活性染料分子较大，微孔型吸附剂对其吸附受到了限制，而中孔型吸附剂对其吸附则具有潜在的应用前景。近几年电化学法也因无需添加药剂、便于控制、不产生二次污染等优点成为一种具有竞争力的处理方法。尤其是三维电极技术具有良好的应用前景。反应器中粒子电极是控制反应器性能的关键因素故要求有较高比表面积和合适的导电性。这些废水处理的方法和进展都为环境材料提出了要求。炭气凝胶是一种典型中孔炭材料，其特点表现为结构多中孔、颗粒直径小、孔隙率高、导电性好、比表面积大及根据需要可以加工成任意形状。这些优异的结构和性能决定了它作为一种新型炭材料在环境保护领域的应用价值。为探索炭气凝胶在活性染料废水处理方面的应用，我们制备了一系列炭气凝胶吸附剂研究了其对活性染料吸附的可行性、有效性、吸附特性及吸附机理，揭示了炭气凝胶的孔结构、改性以及染料分子的性质对吸附的影响作用。同时以炭气凝胶为粒子电极考察了三维电极技术对活性染料废水处理的可行性，研究了脱色影响因素及脱色动力学并初步探讨了脱色机理。另外我们还制备了金属氧化物负载的炭气凝胶，探讨了金属种类、前体及热处理温度对结构和性能的影响作用。研究结果如下： 1．炭气凝胶是一种对活性染料具有广泛吸附性能的新型材料。其吸附性能受染料分子尺寸和化学结构的影响作用。分子量越小的活性染料在炭气凝胶上的吸附容量越大。通过研究各种中孔和微孔构成的炭气凝胶样品和商品活性炭对不同分子量大小的活性染料分子的吸附行为，证实了炭气凝胶的微孔和中孔对染料分子的吸附均有贡献。中孔不仅对吸附有贡献，同时也为吸附质的扩散提供宽敞的通道。微孔对较小分子吸附的贡献作用较大，当染料分子量较大时，微孔对其吸附的贡献作用非常小，几乎没有贡献。硝酸活化生成的表面含氧官能团对活性染料的吸附不利。而炭气凝胶表面的碱性基团的增加有利于活性染料分子的吸附。 2．吸附等温线研究表明炭气凝胶相对有机气凝胶对活性艳红X-3B具有较大吸附容量。实验条件下吸附量高达609mg/g。表明炭气凝胶在炭化过程中生成的微孔和类石墨结构明显增强了其对染料的吸附能力。分析吸附过程以物理吸附为主，倾向于多分子层吸附。动力学分析表明活性艳红X-3B在炭气凝胶上的吸附既受颗粒内传质阻力的影响，也受吸附机制的作用。而在有机气凝胶上吸附的限制因素是吸附机制，而不是传质。热力学研究表明该吸附过程为吸热过程。炭气凝胶及有机气凝胶对活性艳红X-3B的吸附量与染料溶液的pH值、吸附剂的R/C、吸附剂的用量和颗粒大小有关。两者的吸附容量均随R/C的增大呈现先增大后减小的趋势。R/C=200时表现出最大吸附容量。当溶液的pH>12或pH<4时，吸附容量明显增加。活性艳红X-3B的去除率随着吸附剂的质量的增加而增加。两者吸附量均随吸附剂粒子尺寸的减小而增加。 3．固定床吸附表明炭气凝胶对活性艳红X-3B的动态吸附容量受染料溶液的流速，初始浓度和炭气凝胶床高的影响。炭气凝胶对活性艳红X-3B的动态吸附容量随染料溶液流速和初始浓度降低而增加，但随床高增加而增加。吸附速率的变化则呈相反趋势。不同R/C和碳化条件的炭气凝胶的柱性能明显不同。当炭气凝胶的R/C从100增加到1000时，其对活性艳红X-3B吸附速率明显增加。而动态吸附容量则先增加后减小。当炭气凝胶的碳化温度升高时对活性艳红X-3B的吸附速率明显降低，而吸附容量则显著增加。二氧化碳活化后的炭气凝胶的吸附容量比未经活化的吸附容量明显增加，而吸附速率则降低。 4．通过比较以炭气凝胶为粒子电极的三维电极与二维电极及纯吸附体系对活性艳红X-3B的处理效果，证实了炭气凝胶粒子电极的可行性和有效性。以炭气凝胶为粒子电极填充的三维电极反应器对活性艳红X-3B模拟染料废水的电化学脱色效果优良。其脱色性能优于简单的二维电极与纯吸附的叠加效果。炭气凝胶连续使用一百次以上，活性艳红X-3B模拟染料废水的电化学脱色率仍高达95％。通过紫外光谱和化学需氧量的测量分析活性艳红的脱色机理，揭示了结构中偶氮双键的断裂和不饱和基团的破坏是造成活性艳红X-3B染料脱色的原因。 5．活性艳红X-3B在以炭气凝胶为粒子电极的三维电极反应器中脱色快速，其脱色动力学符合假一级动力学方程。脱色动力学研究表明活性艳红X-3B在三维电极中，其电化学脱色速度和效果受槽电压、空气流量、粒子电极用量以及染料溶液的浓度、pH值等多种因素影响。在电化学过程中，脱色率随着处理时间、槽电压、粒子电极用量的增加而增加。但随着染料初始浓度的增加，脱色率会减小。当染料溶液的pH从5.1变为2.8和9.6时，活性艳红X-3B的脱色率大大提高。当空气流量较低时，随着空气流量的增加，脱色率增加。而当空气流量到达一定值时，脱色率变化不大。 6．通过浸渍热解法制备了金属氧化物负载的炭气凝胶样品，此类材料仍具有丰富的中孔。负载后炭气凝胶的N<,2>吸附量降低。炭气凝胶中的金属氧化物组分以纳米粒子的形式分散在以纳米炭颗粒连接而成的三维多孔网络基体中，颗粒尺寸在10到100纳米之间。其中Fe、Cu、Ni、Mn氧化物的颗粒约为十几个纳米。三维电极反应器中的应用研究表明氧化铁、氧化镍、氧化铜和氧化锰负载的炭气凝胶对活性艳红X-3B的COD去除率明显优于纯炭气凝胶。以锰为例研究表明金属盐前体和热处理温度对氧化物的最后存在形式以及吸附和电化学性能有影响作用。