土壤污染问题日益凸显,污染土壤的修复治理受到了国家和社会的高度关注。包头市是典型的重工业城市,工业迅猛发展的同时,土壤环境质量严重下降。生物炭作为一种新型的土壤污染修复材料,引起了环境工作者的广泛关注。然而,目前对生物炭修复重金属污染土壤的研究多关注于酸性土壤,而对碱性土壤中重金属的稳定化效果和机制研究较少。引入金属氧化物等功能材料制备生物炭基复合材料被证明能够提高生物炭对Pb、Cd等重金属的吸附性能。但是,目前对生物炭基复合材料的研究大多针对溶液中重金属的去除,在土壤中的应用效果及机理研究相对较少。基于此,本文以农业废弃物玉米秸秆为原料,制备了两种新型生物炭基复合材料,在阐明其对溶液中Pb、Cd吸附性能和机制的基础上,应用于包头市弱碱性的Pb-Cd复合污染栗钙土的修复,考察了其对Pb、Cd的稳定化作用并对相关机制进行了探讨。本研究可望实现土壤污染修复与废弃物资源化双重目标的同时,为包头市土壤污染修复提供技术参考。本论文针对此做了如下研究:1.对包头市城区及两个典型有色金属冶炼企业周边土壤重金属污染状况进行了调查和评价。结果表明,包头市区土壤重金属污染整体处于“中等”潜在生态危机水平,其中工业区污染较为严重,Pb和Cd是主要的污染元素;两个企业周边土壤Pb、Cd含量在本研究的采样点处均超标,达到中度或重度污染水平。2.通过浸渍/热解法制备了一种新型生物炭/无定型铁锰氧化物复合材料（BFM）,利用SEM-EDS、BET、XRD、FTIR和XPS等手段对其结构形态进行了表征。批量吸附实验考察了BFM投加量、溶液pH等因素对BFM吸附Pb²⁺、Cd²⁺的影响,通过吸附动力学、等温线和热力学分析了Pb²⁺、Cd²⁺的吸附特性,并对吸附机制进行了探讨。结果表明,与BC相比,BFM具有更好的吸附效果,25℃时对Pb²⁺和Cd²⁺的最大吸附量分别为113.715和109.031 mg/g。BFM对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附符合拟二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型,表明BFM对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附为单分子层化学吸附。热力学研究表明吸附为自发的吸热过程。Pb²⁺和Cd²⁺共存时会发生竞争吸附,BFM对Pb²⁺的吸附优先于Cd²⁺。BFM对Pb²⁺和Cd²⁺的去除机制主要是-OH、-COOH以及Fe-O和Mn-O与Pb、Cd的络合作用和离子交换作用。BFM是一种潜在的Pb²⁺、Cd²⁺高效吸附材料。3.采用溶胶-凝胶/热解法制备了一种生物炭/磁性纳米尖晶石型锰铁氧体复合材料（BC/FM）,利用SEM-EDS、XRD、BET、FTIR和XPS等方法对其进行了表征。批量吸附实验考察了BC/FM对Pb²⁺、Cd²⁺的吸附影响因素和吸附特性。结果表明,纳米MnFe₂O₄成功负载于BC表面;BC/FM对Pb（Ⅱ）和Cd（Ⅱ）的吸附过程可以用拟二级动力学和Sips（Freundlich-Langmuir）模型较好地描述,吸附过程为自发的吸热过程。BC/FM对Pb（II）和Cd（II）的最大吸附量分别为154.94和127.83mg/g,高于其他大多数生物炭及其复合材料。Pb（Ⅱ）和Cd（Ⅱ）共存时,Pb（Ⅱ）优先于Cd（II）被吸附。BC/FM对Pb（Ⅱ）和Cd（Ⅱ）的去除机制是形成新的金属氧键Pb-O和Cd-O、BC/FM表面的-OH、-COOH与Pb、Cd的络合作用以及离子交换作用。BC/FM是一种高效的Pb（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）吸附材料。4.为考察BFM和BC/FM对Pb-Cd复合污染弱碱性栗钙土的修复效果,采用室内土壤培养的方法,研究了BC、BFM和BC/FM对土壤pH值、阳离子交换量（CEC）、有机质（SOM）和土壤电导率（EC）等理化因子和Pb、Cd形态变化以及TCLP浸出毒性的影响。结果表明,BC、BFM和BC/FM的施加均显著提高土壤的pH值、CEC和SOM,有效促使了Pb、Cd由生物有效态向稳定态的转化。有效态Pb、Cd的含量总体上与土壤pH值、SOM、CEC和EC呈极显著或显著负相关。三种材料显著降低了土壤中TCLP提取态Pb、Cd的含量,固定化能力表现为BC/FM>BFM>BC,对Pb的固定化效果优于Cd。BC、BFM和BC/FM对Pb、Cd的固定稳定化机制是以络合作用为主,辅以离子交换和沉淀作用。BC、BFM和BC/FM的施加实现了对Pb-Cd复合污染弱碱性栗钙土的固定稳定化修复。5.为进一步分析BC、BFM和BC/FM对Pb、Cd植物有效性的影响,研究Pb、Cd在植物-土壤体系中的环境行为,通过盆栽试验,考察了三种材料的施加对Pb-Cd胁迫下玉米生长情况和对Pb、Cd吸收的影响。结果表明,BC、BFM和BC/FM的施加有效促进了玉米的生长,降低了玉米对Pb、Cd的吸收,总体效果表现为BC/FM>BC>BFM。三种材料有望应用于Pb-Cd复合污染土壤的稳定化修复。