市政污泥作为城市生活污水处理厂的副产物,产量巨大,脱水困难。课题组前期开发的Fenton-赤泥复合调理剂实现了污泥的深度脱水。本文以Fenton-赤泥复合调理得到的深度脱水含铁污泥为原料,通过热解制备富铁生物炭,并探究其环境功能材料应用,研究了其作为催化剂催化降解4-氯酚及作为吸附剂吸附H₂S的作用效果,重点探讨了热解过程中富铁生物炭的物相转变规律,以及催化降解4-氯酚和吸附H₂S的机理。论文重要研究内容及成果如下:1、不同污泥调理体系热解制备的富铁生物炭对催化降解4-氯酚的影响将Fenton-赤泥复合调理、单独Fenton试剂调理和单独赤泥调理三种调理体系得到的脱水泥饼在800℃热解60 min制备了三种富铁生物炭（依次命名为:Biochar-Fenton-RM、Biochar-Fenton、Biochar-RM）,对比了三种富铁生物炭对4-氯酚的催化降解性能。结果表明,三种富铁生物炭对4-氯酚的降解效率及速率从大到小依次为Biochar-Fenton-RM>Biochar-Fenton>Biochar-RM。进一步对比了原泥与FeSO₄·7H₂O和赤泥两种外加剂直接共热解得到的外掺铁源生物炭与Biochar-Fenton-RM对催化降解4-氯酚的效果,表明在污泥调理阶段原位引入铁源热解得到的富铁生物炭催化降解4-氯酚效果更好。XRD表征发现Biochar-Fenton-RM中铁的物相更丰富,包括Fe_0.95C_0.05、FeAl₂O₄、Fe₃O₄以及Fe⁰。2、污泥富铁生物炭热解过程物相转变规律及其催化降解4-氯酚机理研究以Fenton-赤泥复合调理得到的深度脱水含铁泥饼为原料,考察了热解温度（200、400、600、800℃）和热解时间（10、20、40、60 min）对富铁生物炭中含铁物相的影响。在低热解温度（200和400℃）下,Fe元素仍主要以Fe₂O₃的形式存在,随着热解温度的升高,Fe₂O₃逐步被还原成低价态的Fe₃O₄、Fe_0.95C_0.05和Fe⁰,同时部分Fe₃O₄与Al₂O₃反应生成了FeAl₂O₄。在800℃下随着热解时间的延长,在热解时间为10、20、40 min时,只有Fe₃O₄和FeAl₂O₄物相。直到60 min时,Fe⁰和Fe_0.95C_0.05物相才明显形成。结合不同条件下制备的富铁生物炭对4-氯酚的催化降解效果,选择热解温度800℃,热解时间60 min为热解条件制备Biochar-Fenton-RM。对Biochar-Fenton-RM催化降解4-氯酚的条件进行了优化,当pH=2、固/液比=2 g/L、4-氯酚初始浓度为0.78 mM时,4-氯酚的降解效率达100%,COD去除率为74%左右。机理研究实验表明:Biochar-Fenton-RM催化降解4-氯酚包括吸附、均相Fenton反应和异相Fenton反应三个过程,其中吸附作用很弱。酸性条件下,低价态的Fe⁰和Fe_0.95C_0.05浸出到溶液中形成Fe²⁺激发H₂O₂产生羟基自由基参与均相Fenton反应,难以溶出的Fe₃O₄和FeAl₂O₄则催化异相Fenton反应降解4-氯酚。循环催化降解实验表明,Fe₃O₄和FeAl₂O₄在降解过程中是极其稳定的,经过3次循环后,富铁生物炭在反应120 min时4-氯酚去除率仍可达100%。3、富铁生物炭吸附H₂S性能及机理以Fenton-赤泥复合调理得到的深度脱水含铁泥饼为原料,考察了不同热解温度（400、600、800、950℃）下热解60 min得到的富铁生物炭对H₂S的吸附性能,发现随着热解温度从400℃升高到800℃,H₂S的穿透时间逐渐延长,继续将热解温度升高到950℃,H₂S的穿透时间明显缩短。相较于原泥直接热解得到的富铁生物炭,在调理阶段加入的无机矿物能够促进富铁生物炭对H₂S的吸附。Biochar-Fenton-RM去除H₂S效果的远远好于Biochar-Fenton和Biochar-RM。XRD、XPS和BET表征结果可以看出Biochar-Fenton-RM对H₂S的吸附同时存在物理吸附和化学反应作用。物理吸附作用主要由于Biochar-Fenton-RM中含有大量近微孔结构,化学反应主要是吸附的过程中S^2-从吸附剂的外表面扩散到内部,在内部与O^2-离子交换形成FeS和其他的硫化物。本文为含铁污泥热解制备富铁生物炭的资源化利用提供了新的思路。