目前中国作为世界第一生产大国,对能源的需求极其迫切。同时,随着国内机动车数量的迅猛增长,使得人民对化石能源的需求也十分巨大。而生物质能源作为一种可持续的再生能源,有望取代化石能源成为未来能源的发展方向。另一方面,随着汽车电池和石油化工的发展,导致水中铅污染超标的问题十分严重。因此本课题以同样已经对生态环境造成重大破坏的水葫芦为材料,通过微波裂解技术制备生物油和生物炭,为可再生能源的发展寻找新方向的同时也研究了水葫芦生物炭在铅污染水体净化方面的发展潜力,并为水葫芦的治理寻找新的出路,实现水葫芦变废为宝的目的。本文首先用微波裂解炉高效低成本地裂解水葫芦制备生物油和粉末生物炭;设计并制造成型模具;选取有机粘结剂酚醛树脂、羧甲基纤维素钠(CMC)和无机粘结剂膨润土作为变量,对铅的吸附值作为因变量进行四组生物炭成型吸附实验;在单因素实验的基础上,选取微波活化功率、成型压力和成型比例三个因素的最佳参数值为中心值,以成型炭对重金属铅的吸附量为指标,利用Design-expert中心组合实验设计原理,进行三因素五水平一指标的实验。从而得到由水葫芦粉末生物炭制备成型炭吸附剂的最佳工艺参数:成型压力0.05Mpa、微波活化功率725.41W、成型比例0.78,成型炭对重金属铅的吸附量预测值为422.84mg/g,验证实验结果与预测值近乎一致。接着对成型炭与粉末生物炭进行吸附对照实验,并用比表面积和孔径分布测定(BET)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、电镜扫描(SEM)等表征其结构特征,还建立热力学吸附模型。粉末生物炭在成型工艺下制备成型炭后,其总孔容下降但易于吸附重金属铅的微孔却增加,表面官能团数量和种类的增加也大大增强了成型炭的吸附能力。从等温吸附模型结果来看,成型炭的等温吸附更接近于Freundlich模型吸附,即适用于非均一表面条件下的吸附过程。最后将成型炭运用在小规模(污水处理容器长宽高分别为0.3m、0.05m、0.15m,容量为2250ml)的污水处理中,将成型炭吸附重金属铅系统的进出口流水速度设置为V=0.05m/s时,成型炭的吸附效率最高且使用成本最低,仅需要10min就能对初始浓度为100mg/g铅离子溶液去除率达到99.5%。为成型炭高效使用并降低使用成本实现产业化生产应用提供了一套可行的解决方案:设计污水处理系统并利用软件ICEM和FLUENT进行模型仿真;在模型仿真的基础上组建污水处理系统,使用成型炭进行污水重金属处理,得出最佳的流体循环速度。