对硝基苯酚（p-nitrophenol,p-NP）毒性强、不易生物降解,是化工、农业、染料等行业排放废水中常见的有机污染物。由于含有硝基基团,p-NP去除方式通常需要先还原转化为易矿化、毒性较低的还原产物,通常情况下还原降解的动力学过程也较为缓慢,因而,开发高效、快速简便的去除方法显得尤为重要。另一方面,碳材料,凭借其优良的性能被广泛应用于环境、催化等领域。传统制备碳材料的方法往往以不可再生的碳源为前体物质,在一定程度上限制了其可持续利用,并带来了环境污染问题。我国是农业大国和人口大国,这样的国情决定了拥有的生物质资源种类丰富。农林副产品、工业废弃物、城市有机垃圾、厨余垃圾都包括在内,但其中大部分都未得到有效利用。综上分析,在国家碳中和战略目标下,利用生物质废弃物制备碳材料,不仅可提供新型环境修复材料,还可解决资源循环利用问题,符合可持续发展要求。本论文旨在利用废弃生物质开发高效廉价的环境修复材料,探索建立去除水体中难降解有机污染物新型高效的有效技术方法。具体地,以果胶类生物质原料、无果胶生物质原料（玉米芯、花生壳）、含铁植物（景天）为原料制备不同的生物质基功能化铁碳材料,系统研究材料的反应活性及去除水体p-NP的效率与机制,为开发高效环境修复材料和生物质资源的高值化利用提供依据。基于上述内容,本论文主要研究内容和取得的相关结论如下:（1）开展了果胶碳微球的研究。在不添加额外活化剂的前提下,以果胶为原料,经水热-热解制备果胶碳微球,并系统考察其对水体中p-NP的去除性能。结果表明,水热温度（200℃）、热解温度（600-800℃）下,果胶可以作为制备碳微球的理想碳源。制备的碳微球（P-Hy-Py）为具备微孔、介孔和大孔的多级孔结构碳质材料,一些含氧官能团保留在碳微球的表面。P-Hy-Py600样品用量为1 g/L时,在60 min内对于10 mg/L p-NP去除率可达89.3%。由p-NP转化形成的产物推断,P-Hy-Py600能够实现p-NP的高效降解:一方面,P-Hy-Py600自身含有的以O为中心的持久性自由基（O-EPFRs）能够利用溶液中存在的分子氧产生活性物质实现p-NP的氧化降解;另一方面O-EPFRs或碳质结构上的活性位点也可直接与p-NP接触进行电子转移,发生氧化还原反应。P-Hy-Py600具备较高比表面积（378 m~2/g）、多级孔结构、类石墨结构以及含氧官能团（-C=O）保证其具备氧化还原活性,从而对p-NP的降解起到协同效果。（2）制备了果胶基铁碳复合材料。铁盐溶液预先浸渍处理生物质,利用热解过程中自身产生的还原性物质自还原形成铁碳复合材料（Fe@P-Py）。通过实验结果发现,随着热解温度升高,铁碳复合材料上铁的形态更多地从Fe3O4转变为高度有序晶型结构的Fe~0。800℃氮气气氛下热解制备的Fe@P-Py800材料具备纳米尺寸的Fe~0（～43.7 nm）、高铁负荷量（12.3 wt%）、大比表面积（287 m~2/g）以及高碳缺陷度,可以有效地降解去除水体中的p-NP。1g/L Fe@P-Py800样品添加量下,30 min内实现10 mg/L p-NP的完全去除。由p-NP转化形成的产物和活性物种贡献分析推断,Fe@P-Py800铁碳复合材料对于p-NP的去除是一个还原为主、氧化为辅的过程。复合材料中的Fe~0主要参与p-NP的还原转化,碳材料的存在不仅提高了Fe~0的电子利用率,还能提高其溶解氧利用率,转化形成的活性物质对p-NP的氧化还原做出相应的贡献。（3）制备了水热炭基铁碳复合材料。为改善Fe@P-Py复合材料制备过程中产生的焦油问题以及提高p-NP降解效率,将果胶预先进行低温水热活化,再将与铁盐混合处理的水热炭进一步热解碳化制备铁碳复合材料(Fe@P-Hyim-Py)。在氮气气氛下高温热解（800℃）后,获得具有高比表面积（537m~2/g）、大孔隙体积（0.255 cm~3/g）、铁负荷量（8.47 wt%）以及粒径尺寸更小的负载Fe~0（～26.9 nm）的铁碳复合材料。Fe@P-Hyim-Py应用于水溶液中p-NP去除时,去除效率有显著的增益效果。0.25 g/L Fe@P-Hyim-Py800样品添加量下,30 min内实现10 mg/L p-NP的完全去除,成为本论文制备的最高效降解催化材料。由p-NP/Fe@P-Hyim-Py800反应体系转化形成的产物和活性物种贡献分析以及Fe~0位于碳质结构内部的形貌推断,Fe@P-Hyim-Py800铁碳复合材料对于p-NP的去除机制也相应变化,对比于Fe@P-Py强化了氧化性能。（4）采用水热-热解联用技术制备了铁碳复合材料。以相对较低制备温度下获得高效催化剂为目标,在水热碳的生长过程中将Fe离子引入生物质网络结构中,再通过后续热解碳化制备铁碳复合材料（Fe@P-Hy-Py）。此合成方法能够有效扩充Fe@P-Hy-Py的比表面积,孔结构以微孔为主:随着热解温度的升高,比表面积平稳上升,Fe@P-Hy-Py800样品的比表面积高达668 m~2/g;微孔比例逐渐下降但所占比例仍大于50%。铁碳复合材料中的铁以非晶、痕量（～0.02 wt%）的模式存在于碳质网络结构中。水热过程中Fe元素的存在提高了形成碳质材料中无定形碳的形成温度,强化了O-EPFRs的形成,形成高碳缺陷度的特性,使Fe@P-Hy-Py600表现出优于P-Hy-Py600的p-NP去除效果。Fe@P-Hy-Py600样品用量为1 g/L时,在30 min内对于10 mg/L p-NP去除率可达96%。对比于Fe@P-Py和Fe@P-Hyim-Py,去除效果虽有所降低,却能在相对较低制备温度（600℃）下获得对于p-NP具有一定催化降解活性的铁碳复合材料。由p-NP转化形成的产物推断,p-NP的降解主要是基于Fe@P-Hy-Py600具备的高比例微孔结构、O-EPFRs、高缺陷度等特性以实现自由移动的电子和Fe~0活化溶解氧过程中形成的活性氧物种诱导的多重氧化还原途径。（5）从经济效能的角度出发,使用水热-热解联用技术,对比研究了以果胶类生物质（柚皮）和无果胶生物质原料（玉米芯、花生壳）制备铁碳复合材料,讨论合成方法对不同原材料的适用性。研究发现,对于不同原材料,铁碳复合材料中的铁均以非晶、痕量的模式存在于碳质网络结构中。以木质素为主的花生壳和以半纤维素为主的玉米芯制备的铁碳复合材料的孔道结构主要以介孔为主,而以果胶为主的柚皮制备的铁碳复合材料主要以微孔为主,对于p-NP也表现出不同的去除性能。样品用量为1 g/L时,对于10 mg/L p-NP去除率排序为Fe@PP-Hy-Py600＞Fe@CC-Hy-Py600＞Fe@PS-Hy-Py600。（6）以富含铁元素的植株（铁营养液灌溉培养的成年景天植株,Stackhousia tryonii）制备铁碳复合材料（Fe@PB）,无需铁盐浸渍过程,简化制备铁碳复合材料过程,实现生物质和金属元素的双效利用。Fe@PB600含有以C为中心的EPFRs,复合材料中的铁以无定形形式存在,含量为1.72%。Fe@PB800不具备EPFRs,复合材料中的铁以结晶度较差的Fe~0形式存在,含量为2.15%。遵循Fe@P-Py和Fe@P-Hyim-Py相同的规律,高温活化制备的P-Fe@PB800更有利于p-NP去除。Fe@PB800样品用量为1 g/L时,对于10 mg/L p-NP去除率为78.9%。