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本文制备了新型改性生物炭复合材料,以期应对水体重金属污染产生的环境安全问题。本研究首先通过“一步烧结法”,利用锰（Mn）、铁（Fe）、钛（Ti）和硅（Si）4种元素对玉米秸秆生物质进行了一元改性,分别制得锰基生物炭（MnBC）,铁基生物炭（FeBC）,钛基生物炭（TiBC）和硅基生物炭（SiBC）等4种改性生物炭复合材料。然后针对一元改性复合材料的不足之处进行优化,选用Mn、Si对生物炭进行二元改性,获得综合效果更佳的吸附产品。1.采用XRD,FTIR,SEM+EDS和BET等表征探究改性前后生物炭在表面形貌、晶型结构、比表面积等方面存在的变化。首先,XRD展示了改性元素均能够以氧化物形态附着;其次,FTIR结果显示改性提升了生物炭表面含氧官能团,有利于重金属的吸附;第三,改性后的生物炭表面形貌较未经改性的纯生物炭（PBC）相比更加疏松多孔,高倍放大下可见颗粒物附着。最后,改性生物炭MnBC,FeBC,TiBC和SiBC的比表面积均有所提高,从2.2859 m2/g（PBC）分别提升至68.1343,29.8803,98.2928和4.4598 m2/g。2.论文通过烧杯实验对改性生物炭复合材料的吸附性能进行了深入研究,分别探究了改性物质及生物质质量比、溶液初始pH、吸附剂投加量对吸附Cu（II）所产生的影响,结果表明:在投加剂量为2 g/L,溶液初始pH=6时,改性元素与生物质质量比为1:5的MnBC和SiBC在吸附Cu（II）时可达到最佳吸附效果。在最佳吸附条件下对吸附实验数据进行吸附等温线、吸附动力学拟合,吸附等温线拟合计算出了MnBC和SiBC的最大吸附容量,分别为187.76 mg/g和152.61 mg/g。动力学拟合结果显示,SiBC对Cu（II）的吸附在10 min左右即可到达吸附平衡,去除率达97%,MnBC则需500 min达到相同的吸附效果;代表吸附速度的动力学速率常数k2,SiBC可达MnBC的268倍。Webber-Morris模型拟合结果,SiBC仅以膜扩散阶段和粒子内扩散阶段两个阶段即可达到吸附平衡,而MnBC需要三个阶段才可完成。3.结合吸附前后改性生物炭的FTIR和XPS表征分析吸附机理。结果显示,SiBC的吸附机理以沉淀作用和表面络合作用为主;而MnBC的主要吸附机理是专属吸附,离子交换作用和粒子内扩散。4.将吸附性能佳的改性元素Si和Mn共同作用,对玉米秸秆生物质进行二元改性,通过表征、批量吸附实验以及吸附模型拟合分析二元改性生物炭SMBC的吸附特点和机理。SMBC对Cu（II）的吸附可以在10 min内达到去除率97%以上,且拟合得出最大吸附容量为825.07 mg/g,其吸附主要以单层化学吸附为主。经吸附模型拟合结果合吸附前后的XRD,FTIR和XPS表征探究讨论,得出吸附机理是沉淀作用,表面络合作用和离子交换共同作用的结果。此外,二元改性很好控制了在吸附过程中Mn浸出的潜在风险,SMBC的锰离子交换量（0.65 mg/L）远小于一元改性生物炭MnBC的离子交换量（39.39 mg/L）。