生物炭对废水中重金属等污染物有良好的吸附效果而受到人们高度关注,但由于其不易从废液中分离的难题而限制了生物炭的广泛应用。研究表明,生物炭与磁性介质的结合,使得生物炭磁化,进而有助于在磁场作用下实现固液分离,这是解决重金属污染废液的污染治理的有效方法之一,并取得较好的应用成效。本研究以广泛分布于中国长江、黄河流域及华南各省的水生植物凤眼莲(又称水葫芦)为材料,在300℃、500℃和700℃条件下裂解制备生物炭材料,并对其进行Fe改性造粒的处理过程(标记为BCT)。通过等温吸附、吸附动力学等系列吸附试验,系统研究不同生物炭材料对废水中Cd2+吸附效果及其机理。主要结论如下:(1)随着温度的提升,水葫芦炭表面的孔隙结构不断增加,孔径变小,孔隙结构越来越发达。水葫芦炭的比表面积经过改性后一般是增大的,300℃、500℃制备的改性水葫芦炭微球的比表面积分别由未改性前的2.5、8.0 m2/g增大到20、45 m2/g,700℃制备的改性水葫芦炭微球的比表面积比未改性的水葫芦炭微球的比表面积由209 m2/g减少为95m2/g。改性使得水葫芦炭的pH有显著提升,无论是改性还是未改性,三种裂解温度中以500℃条件下的水葫芦炭微球的pH最大。(2)除了 3-BC、7-BCT,其他四种水葫芦炭微球均在15h那个点达到吸附平衡,之后吸附量微弱增加或者减少。6种水葫芦炭微球的平衡吸附量介于20-30 mg/g。7-BCT的吸附平衡时间大于15h,吸附能力最强,平衡吸附量大于30 mg/g,之后吸附量微弱增加或者减少。Cd2+的吸附动力学在BCT上比在BC上更快。只有准一级动力学模型为3-BC和3-BCT的实验数据提供了最佳拟合;除了 3-BC和3-BCT,其他四种水葫芦炭微球的曲线均可以用准一级或准二级动力学模型进行拟合。用准一级动力学方程拟合的平衡吸附量在7-BCT时达到最大,为32.7mg/g。用准二级动力学方程拟合的平衡吸附量,改性条件下大于未改性条件。其中7-BCT最大,为47.4mg/g。随着裂解温度的升高,水葫芦炭微球的吸附速率在不断提升。(3)24℃下六种生物炭微球对Cd2+的吸附等温线与Langmuir方程和Freundlich方程吻合的都较好。改性和未改性的水葫芦炭微球对Cd2+的吸附特性更符合Langmuir等温吸附方程,可初步推测Cd2+大部分被吸附于水葫芦炭微球的表面主要以单分子层吸附为主。7-BCT对Cd2+吸附达到最大量,为45.8mg/g。同一裂解温度下,改性生物炭微球比未改性生物炭微球对Cd2+的吸附量增加24.1%～89.3%。生物炭改性后,随裂解温度的增加其对Cd2+的最大吸附量呈增加的趋势。(4)影响生物炭吸附重金属Cd2+的因素有环境温度、裂解温度、pH、Cd2+初始浓度等。水葫芦炭微球吸附能力随着裂解温度升高(从300℃到500℃再到最高的700℃)先升高后下降。随着pH值的增加,水葫芦炭微球对Cd2+的吸附量均随之先增加后缓慢趋于平稳。当pH值大于4.0时,改性的水葫芦炭微球最大吸附量均大于未改性的水葫芦炭微球。当pH值为6.0时,除了 7-BC之外的其他5种水葫芦炭微球均达到最大吸附能力,改性的水葫芦炭微球表面起伏不平,分布着大量的细小颗粒物,这些颗粒物充斥于其孔隙之间,增加了吸附剂的比表面积。使得改性的水葫芦炭微球吸附Cd2+的能力明显优于未改性的水葫芦炭微球。水葫芦炭微球的吸附能力均是随着Cd2+初始浓度的增加呈现出先剧烈增加后趋于平缓的走势。