基于碳本身结构的多样性以及良好的可设计性和复合性，以碳为主体的具有特殊结构与功能的材料和以炭材料为主体的具有交叉边缘学科特征的一些新的学科及产业生长点，日益引起整个科学界和产业界的关注。其中，具有高选择性吸附容量和吸脱附速度以及良好的生理医学兼容性的沥青基球形活性炭的制备及应用，是目前此领域最具活力的分支之一。然而，由于原料及制备方法的限制，沥青基球形活性炭在制备和应用过程仍然存在中孔孔容及中孔率低、表面化学性质单一及其制备过程中氧化不熔化步骤的耗时耗能问题，限制了其在更多领域的应用。如在血液净化中对类似于VB12的中型尺寸毒性分子、类风湿因子、红斑狼疮因子的净化以及对硫、氮化合物的吸附转化。因此，本论文旨在采用新型的氧化不熔化工艺、ZnCl2化学活化、浸渍金属盐二次催化活化以及表面含氮类官能团的引入等工艺，为活性炭材料的制备、孔隙结构和表面化学结构的调控探索出了新途径。 1.采用HNO3液相氧化法取代传统的高温空气氧化法，成功将沥青球的氧化不熔化时间缩减到12 h。在室温条件下，沥青球与30 wt.％ HNO3溶液以1:10质量比混合浸渍12 h后，直接升温至900℃进行炭化和活化处理，制备出了表面光滑、无裂纹、球形度好的沥青基球形活性炭。在900℃H2O活化50 min后样品的BET比表面积和孔容分别达到1562 m2/g和0.82 cm3/g。通过对氧化、不同炭化温度下样品的微观结构演变进行检测，揭示了HNO3氧化处理促进沥青分子交联的机理，即氧化过程中沥青分子与HNO3发生化学反应而引入-NO2官能团，在300-400℃炭化温区，沥青分子中的C-NO2逐渐转变为C-N-C结构，促进了沥青分子的交联，从而保证了后续炭化、活化过程的顺利进行； 2.首次将ZnCl2化学活化技术引入到制备具有较高中孔孔容和中孔率的球形活性炭过程中。与传统的H2O物理活化相比，ZnCl2化学活化更有利于样品中孔结构的发展。在ZnCl2与氧化沥青球的质量浸渍比R=2:1、活化温度T=500℃、恒温时间t=3h时，所制备得到的球形活性炭的活化收率高达85.4 wt.％，BET比表面积为961 m2/g，总孔孔容为0.51 cm3/g，中孔率达到45％，孔径分布在2-10 nm； 3.通过在预活化球形活性炭中浸渍金属硝酸盐二次活化进一步提升了其中孔孔容并扩宽了孔径分布范围。二次活化过程中，Fe、Co、Ni、Cu、Pb元素的存在对C-H2O气化反应起到了催化作用。在相同的活化条件下，各金属元素促进球形活性炭中孔孔隙结构发展的顺序为Co>Pb>Ni>Cu>Fe。其中预活化样品在Co的作用下于900℃催化气化30 min，所得样品的中孔孔容和中孔率分别达到0.50 cm3/g和65％，中孔孔径分布由活化前的2-6 nm扩宽到2-50 nm；Ni元素在二次活化过程中同时兼具促进预活化样品微孔和中孔结构同步发展的作用，对二次活化后样品BET比表面积的增加最为有利，在900℃活化30 min后样品的比表面积、中孔孔容和微孔孔容分别达到1757 m2/g、0.48cm3/g和0.35 cm3/g，孔隙结构出现在2-50 nm整个中孔孔径范围； 4.通过在沥青加萘调制过程中混合改性剂三聚氰胺(混合法)和后期浸渍三聚氰胺高温处理改性(浸渍法)，制备得到富氮沥青基球形活性炭，修饰了沥青基球形活性炭的表面化学性质，使其同时具有氮、氧类官能团结构。其中混合法制备得到的球形活性炭在BET比表面积为660 m2/g时，其表面氮元素含量达到1.9 wt.％，存在形态为吡啶、吡咯、氮氧结构和硝基结构。在浸渍法中，通过调节球形活性炭与改性剂的浸渍比，在球形活性炭的BET比表面积从1000 m2/g下降为795 m2/g时，其主体相氮元素含量从0.3 wt.％增加到5.4 wt.％(表面氮元素含量高达5.5wt.％)，氮在碳表面的存在形式为吡啶和吡咯类氮。