以活性炭和活性碳纤维为代表的炭素材料，因其具有发达的孔径、丰富的表面官能团等纳米结构和强吸附能力等特点而被广泛应用于各个领域，尤其在染料废水中的吸附应用。但是由于染料工业的不断发展，染料废水的数量和种类也不断增加，使得其成分更加复杂，染料废水已成为当前最主要的水体污染源之一。为了进一步提高炭素材料的吸附性能，炭素材料纳米结构的调控的研究也越来越受到人们的关注。本文以粉末活性炭(PAC)，颗粒活性炭(GAC)和活性碳纤维(ACF)为研究对象，将研究区分为形态、表面结构、孔结构三个部分，用其吸附中性红、亚甲基蓝以及结晶紫三种不同染料，分析了调控表面官能团、孔径等纳米结构的试验条件以及这些条件对吸附染料分子的影响，并对其结果进行了讨论：1.研究活性炭形态对吸附染料分子的影响。采用粉末活性炭和颗粒活性炭吸附中性红、亚甲基蓝和结晶紫，考察了温度和溶液pH值对其吸附的影响。并通过动力学模型对吸附数据进行拟合。结果表明，粉末活性炭对染料分子的吸附量和吸附速率均优于颗粒活性炭；温度和pH对吸附的影响因活性炭形态和染料性质的不同而不同；伪二级动力学模型的相关系数R~2＞0.990，说明伪二级动力学模型能较好的反映吸附机理。2.研究活性炭表面结构对吸附亚甲基蓝的影响。采用氨水，氢氧化钠，过氧化氢以及不同浓度的硝酸溶液改性颗粒活性炭，利用氮气吸附等温线，Boehm滴定以及红外光谱表征改性活性炭的结构和表面官能团。通过静态试验研究改型活性碳对水溶液中亚甲基蓝吸附特性，并从动力学角度探讨吸附机理。结果表明，不同浓度硝酸改性的活性炭表面的酸性基团，尤其是羧基含量有所增加，相应碱性基团含量减少；40%硝酸改性活性炭对亚甲基蓝的吸附量和吸附速率最优，高浓度硝酸改性活性炭对亚甲基蓝的吸附量降低；过氧化氢氧化改性后活性炭，含氧基团增加，表面极性增强，利于吸附亚甲基蓝，吸附量有显著提高；氢氧化钠和氨水改性活性炭表面的碱性基团量增加，酸性基团含量减少，表面非极性增强，对亚甲基蓝的吸附量减少；吸附过程符合伪二级吸附动力学，R~2＞0.990。3.研究不同微孔结构对吸附不同尺寸的染料分子的影响。采用孔面积与染料分子最小横截面积分析不同孔径的活性碳纤维吸附中性红，亚甲基蓝，结晶紫染料分子，通过氮气吸附等温线计算其结构特征，XPS表征表面官能团，并采用动力学模型和吸附等温线模型对数据进行拟合。结果表明，孔面积在最小横截面积的1.3~6.2倍范围内，吸附效果较好；伪二级动力学和微孔填充的线性相关系数R~2＞0.998，说明更符合其吸附过程和机理。4.研究活性碳纤维微孔结构的控制及氟化对表面结构的影响。通过调节活化温度，活化气体流量和活化时间控制活性碳纤维的纳米结构，研究其对吸附亚甲基蓝的影响。结果表明，随着温度的升高，活性碳纤维的活化得率逐渐降低，其对亚甲基蓝的吸附量则先增大后减少；随着活化气体流量的增大，活化得率也逐渐降低，而其对亚甲基蓝的吸附量呈先增大后减小；随着时间的延长，活性碳纤维的活化得率逐渐减少，对亚甲基蓝的吸附量呈增加的趋势。初步探讨了氟化对活性碳纤维表面结构的影响。结果表明，氟化改性活性碳纤维，比表面积减少，孔容和孔径降低，而氟化后其表面极性增强。