随着印染业等工业生产水平不断提高,染料废水排放量日益增大,污染环境的同时危害人体健康。活性炭内部具有丰富的官能团,较大的比表面积以及完整发达的孔隙结构,能够有效去除亚甲基蓝等染料废水。氮原子掺杂改性能够在活性炭表面引入含氮官能团,进一步提高吸附性能。以农林废弃物为代表的生物质是自然界中一种可再生的绿色资源,利用农林废弃物制备高吸附性能的氮掺杂活性炭具有重要的研究意义。本文以玉米秸秆、小麦秸秆等四种农林废弃物作为原材料,尿素作为氮源,KHCO3、KOH等七种化学试剂作为活化剂,分别采用水热炭化法和浸渍法对原料进行预处理,在氮气气氛中快速热解活化,制备得到氮掺杂生物质活性炭,根据亚甲基蓝吸附量确定最佳制备工艺,利用BET、SEM等方法对活性炭结构等特征进行测试与表征,并分析活化机理。通过探究吸附平衡时间、最大吸附量、循环利用性等研究活性炭的吸附性能,建立吸附动力学、吸附等温线以及吸附热力学三种模型对活性炭的吸附机理进行拟合分析。实验结果表明,最佳制备工艺是将玉米秸秆作为原材料,与KHCO3和尿素按照1:4:1的比例混合浸渍预处理后,在800℃的氮气氛围中快速热解60 min,此时得到的氮掺杂生物质活性炭具有三维连通多级孔道结构,比表面积为1871 m~2/g,孔隙率高达98.4%,亚甲基蓝吸附量最高可达1009.65 mg/g,经过5次吸附循环后吸附率仍能达到76%左右,吸附性能非常优秀。KHCO3利用反应过程中产生的K2O、金属K以及气态K的刻蚀作用和CO2的活化作用促进了活性炭多级孔隙的形成,有利于物理吸附亚甲基蓝。吸附动力学等三种模型拟合结果显示在活性炭的均质表面上发生单层吸附,这是一个自发进行的吸热过程,在吸附过程中物理吸附和化学吸附共存,并且化学吸附具有重要作用,这是因为氮元素的引入降低了碳层的电负性,从而使其更易接受π电子进而提高π-π电子给体-受体相互作用力,促进对亚甲基蓝分子的吸附。