碳纳米材料（碳纳米管、石墨烯等）的发现给人类社会带来了巨大的发展,关于碳纳米材料的研究和应用也越来越广泛。随着社会的进步,世界所面临的资源匮乏问题越来越严峻,包括石油资源、水资源等等。而这些碳纳米材料却来源于不可再生的化石燃料,这极大地限制了它们的实际应用。因此,寻求新型的碳源来制备碳纳米材料迫在眉睫。生物质是自然界中最丰富的碳源之一,具有环境友好性和可再生性。近年来,研究人员尝试利用生物质为碳源来制备新型的碳纳米材料,并且取得了不错的成果。因此,生物质基碳纳米材料被认为是未来最具潜力的碳纳米材料。本文利用玉米秸秆作为碳源制备了两种碳纳米材料,并从两个方面将其应用在了水处理中。第一体系采用玉米秸秆作为碳源,通过简单的酸氧化的方法,制备了一种粒径只有45 nm左右的碳纳米颗粒。它不仅表面具有丰富的含氧官能团和极高的负电性,而且亲水性好,可以稳定且均匀地分散在水及与水互溶的溶剂当中。正是由于它的这些特点,本章将其应用在了聚砜超滤膜中,因为亲水性的碳纳米材料可以提高超滤膜的亲水性,提高其渗透性及抗污染性能等等。同样地,改性后也取得了不错的效果。添加4wt%碳纳米颗粒的超滤膜性能大大提升,其水接触角从87.1°下降到62.1°,证明了其亲水性大大提高。同时改性后的超滤膜的截留率提高了 21.7%,通量恢复率也达到了 90.3%,证明了其具有优异的抗污染性能。这些都说明所制备的碳纳米颗粒对聚砜超滤膜的改性是有明显效果的,而且由于本章选用的碳源是廉价的玉米秸秆以及制备方法简单易行,所以制备的碳纳米颗粒在改性超滤膜领域有着很大的潜力。第二体系通过氧化和球磨的方法制备了一批碳纳米材料,并对它们的光热性能进行了系统的研究。首先研究了氧化生物炭掺杂在丙烯酸酯膜中的光热效果,看出其具有不错的光热效应。然后进一步研究了不同粒径以及不同氧化度的生物炭的光热效应,通过一系列的光热测试得出结论,对于生物炭而言,氧化度越高光热效应越差,粒径越小光热效应越好。因此,本章最终得出具有最好光热效应的材料是球磨生物炭,并且把它应用在了下一章的海水淡化中。在第三体系中,由于看出球磨生物炭具有优异的光热效应,因此将其应用在海水淡化领域。随着淡水资源的匮乏,海水淡化也逐渐被认为是解决淡水危机最重要的手段之一,但是目前绝大部分文献中所报道的海水淡化装置不具有实际使用价值。因此本章设计了一种全生物质基的海水淡化蒸发器,即采用玉米秸秆粉通过简单的碱处理的方式制备了蒸发器基体,把球磨生物炭添加进去作为光热材料。所制备的蒸发器在一个太阳光下蒸发速率可以达到2.12 kg m-2h-1,光热转换效率达到94.2%,超过绝大部分文献报道的效果。此外,通过循环测试和脱盐测试,看出它还具有极好的稳定性以及淡化效果。更重要的是,由于该蒸发器是全生物质基的,所以成本极低,这就导致了它超过了绝大部分文献报道的成本效益值（331 gh-1/$）。因此,本章所制备的蒸发器在海水淡化领域有着极高的应用价值。