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为了研究含有重金属元素生物炭的环境风险特性及潜在应用,本研究选取了含重金属Cu、Zn、Pb和Cd的生物吸附剂废渣、含Zn、Mn元素的干电池废弃物和含Zn药渣作为原材料,以高温热解法制备了不同种类的生物炭,运用SEM-EDX、N2吸附-解吸、XPS、FT-IR以及TEM-SEAD衍射等技术手段,表征分析了不同制备温度对生物炭理化性质和表面空隙结构的影响;并以三酸消解、BCR提取和溶出试验等方法,分析了不同制备温度对生物炭中重金属化学行为的影响,并通过风险评估指数(Risk assessment code,RAC)、米勒地质累积指数(Muller geo-accumulation index,Igeo)以及潜在生态风险指数(Potential ecological risk index,RI)等客观地评价了含重金属生物炭的潜在环境风险;最后,结合不同生物炭的自身特点,对其潜在资源化利用做了初步研究。主要研究结果与结论如下:(1)含重金属的吸附剂废渣经高温(350、550、750℃)炭化后,含Cu、Zn、Pb和Cd生物炭pH由8.49、7.86、7.94和7.96(350℃)显著提高至10.19、10.08、10.98和10.71(750℃),但EC先降后升且变化幅度较小。提高裂解温度,生物炭产率从40%-55%(350℃)显著降低至27%-28%(750℃),灰分产率从28%-30%(350℃)增大至48%-54%(750℃);且C/N比增大,H/C和O/C比降低,表明生物炭芳香性增强。裂解炭化后生物炭孔隙更加发达,含Cu、Zn、Pb和Cd生物炭比表面积分别显著提高至208.41、183.38、230.20和241.33 m2 g-1(750℃),平均孔径从10-40 nm(350℃)减小至6-7 nm(750℃),均为介孔孔径(2-20 nm)。FT-IR分析表明,裂解温度升高使官能类型和总量减少,但金属氧化物化合键明显增多。XPS和TEM-SEAD衍射分析显示,裂解过程使Cu(II)氧化态部分向Cu(I)和Cu(0)晶体转变,而Zn(II)、Pb(II)、Cd(II)氧化态并不存在显著变化。提高裂解温度,生物炭内重金属总量进一步浓缩,且重金属酸溶态与可还原态向可氧化态与残渣态转化;RAC、RI指数均明显减小,重金属稳定性加强,环境风险和潜在生态危害降低;虽然Igeo逐步增大,重金属地质积累性危害增大,但种子发芽指数与平均根长逐渐增大,对植物毒性显著降低。对含重金属的生物炭开展的潜在资源化利用研究表明,含Cu生物炭可降低蓝藻体系的pH并使pH稳定在8~9之间,同时提高EC并稳定在2000-2100μs·cm-1,含Cu炭能够抑制藻类繁殖过程中叶绿素a含量的增加,从而抑制水藻正常的繁殖生长。(2)将不同比例(10%、20%和30%)的电池黑碳粉(负极材料)与锯末混合后,550℃热解处理,使pH由7.44、7.23及7.05(原料)显著提高至10.80、10.94及10.85(复合炭),EC值由1.91、2.53和3.85(mS·cm-1)(原料)显著降低至1.67、2.08和2.30(mS·cm-1)(复合炭),灰分产率由54.76、64.10、70.28%(原料)降低至21.34、29.89、37.26%(复合炭)。热解处理后物质的C和N含量均降低,但电池黑碳粉添加比例对复合炭的C/N比影响较小;随着电池黑碳添加比例的增加,复合炭的比表面积从61.23 m2 g-1(10%-C)降低到37.27 m2 g-1(30%-C),而平均孔径从7.13 nm增大到12.65 nm。复合炭中重金属Mn、Zn含量较高,且与添加比例呈显著性正相关关系。复合炭的溶出试验表明,强酸环境下,Mn、Zn元素有较大的溶出风险。复合炭的生态毒性试验表明,复合炭的种子发芽指数与平均根长明显小于空白,说明了复合炭具有一定的生态毒性。锯末-电池复合炭中BBC550-30%具有较良好的吸附性能。在pH 5.0,400 mg·L-1Pb(II)溶液,50℃等外界条件下吸附量最高,达到124.64 mg·g-1。Pb(II)的吸附机制主要为表面吸附、孔内扩散静电吸引和表面沉淀吸附过程。(3)550℃裂解药渣后,获得的药渣炭pH显著升高至9.85,EC降低至1.82(mS·cm-1),灰分产率下降了6.5%,碳含量减少了28.8%,氮含量减少了44.0%,C/N比降低了21.2%。药渣炭中Zn明显浓缩,RAC、RI值显著减少,生物有效性、环境风险和潜在生态风险显著减小。含Zn药渣炭对植物生长具有一定的毒害性,但随着生物炭裂解温度提高,重金属毒害性明显降低。但小青菜盆栽试验表明,由于浓缩大量重金属Zn元素,含Zn生物炭进入土壤环境后会导致小青菜体内Zn积累显著,因而其应用的毒害性需要进一步的研究探讨。