废水中的镉（Cd）具有持久性、不可降解性及致癌性等特点,可直接或间接地危害人体健康。生物炭是当前废水处理中一种常用的吸附材料,因其较好的吸附性能受到广泛关注。然而,不同原始生物炭的吸附性能差异较大,限制了其在污染物处理方面的应用。基于此,本次研究在前人的基础上,以农业固体废弃物芝麻秸秆为原料,在300、600和700℃下,分别热解制备原始生物炭;以及分别使用碱性过氧化氢（AHP:Na OH+H2O2）和高铁酸钾等（K2C2O4+K2FeO4）试剂预处理芝麻秸秆在不同温度下制备四种改性生物炭（ABC300、ABC600、F BC300和FBC700）。本次使用比表面积分析（BET）,Zeta电位分析,扫描电镜与能谱分析（SEM-EDS）,X射线光电子能谱仪（XPS）,X射线衍射仪（XRD）,拉曼光谱仪（Raman）,和傅里叶红外光谱仪（FTIR）等多种表征手段,探究制备生物炭的基本理化性质和形貌结构特征;通过吸附动力学、等温吸附实验、pH影响实验以及密度泛函理论（DFT）模拟计算,从宏观和微观尺度上精细揭示所制备生物炭复合材料对Cd2+的吸附行为和吸附机制,以期研制一种低成本、高效率和环境友好型的生物炭吸附剂。本次研究获得如下一些结论和认识:（1）AHP氧化预处理秸秆生物质,能够显著影响到制备生物炭的结构特征、吸附行为吸附机制。AHP预处理改性后,与BCs相比,ABCs的pH值、灰分含量、零电点和极性有所降低,稳定性增强。AHP改性增大了生物炭的比表面积（SSA）,并且热解温度越高,SSA增加越大。吸附实验研究表明,AHP改性生物炭对溶液中Cd2+的吸附能力更强,吸附速率更高。BCs与ABCs吸附Cd2+的实验数据能被Pseudo-second-order吸附动力学和Langmuir模型很好的拟合,证明Cd2+的吸附主要是由均匀表面单层化学吸附主导。吸附机制研究表明,生物炭表面的O-H和-COOH提供了优先的吸附位点,液膜扩散和颗粒内扩散是两个主要的速率控制步骤。（2）K2C2O4+K2FeO4改性,能有效改变生物炭的结构性能、吸附行为及吸附机制。磁性生物炭（FBCs）的微孔和中孔数量更多,SSA更大,对水溶液中的Cd2+吸附能力更强,并且其磁性将更有利于生物炭对水溶液中Cd2+的吸附和回收。FBCs表面具有大量O-H、C=O以及CO32-等含氧官能团以及Fe~0和Fe3O4等Fe氧化物,这些OFGs能够使溶液中的Cd2+更容易地与生物炭结合,发生离子反应和络合作用,从而使溶液中的Cd2+得到去除。对比发现,FBC700是本次研究中对Cd2+吸附能力最强的生物炭,其吸附数据符合Pseudo-second-order动力学和Freundlich模型,表明FBC700对Cd2+的吸附主要是非均相多层化学吸附。离子交换作用、沉淀作用、络合作用和Cd2+-π相互作用均对生物炭及其改性生物炭吸附Cd2+有着重要影响。其中,CO32-与Cd2+发生沉淀作用和Fe氧化物与Cd2+之间的作用,以及C=C/C=O官能团与Cd2+的共用电子对作用是FBC700产生如此优异吸附效果的主要吸附机制。（3）AHP和K2C2O4+K2FeO4试剂对芝麻秸秆生物质进行预处理效果明显,都能够有效提高生物炭对废水中Cd2+的吸附性能。ABC600对Cd2+的理论最大平衡吸附量为87.13 mg g-1,是BC600的1.9倍。由于AHP试剂中的H2O2在热解过程中会分解成H2O和O2,不会引入其他元素,因此,此种改性方法要比传统改性要更为环保,并且其操作条件也相对温和,是一种绿色有效的改性方法。K2C2O4+K2FeO4改性芝麻秸秆生物炭对废水中Cd2+的吸附量更大,理论最大平衡吸附量为286.5 mg g-1,为原始芝麻秸秆生物炭吸附量的4.3倍,并且生物炭表面Fe3O4等含铁矿物的成功负载,将使其更容易从废水中分离出去,彰显出较大的实际应用潜力。