随着社会的稳步发展,水环境污染、水资源短缺是影响人类可持续发展的关键问题。非均相高级氧化技术因其操作简易、反应温和且矿化效率高等特点在去除水体中污染物、实现水资源回用领域有着广阔的应用前景,而经济高效的绿色催化剂的研制及其对高级氧化技术的促进作用成为该工艺发展的热点和难点。由有机固废制备的生物炭,因其优异的表面特性、孔隙结构和生物兼容性,而成为一种具有可持续效益的热门环境修复材料。其制备过程中产生的杂原子官能团、缺陷位点、持久性自由基和活性矿物组分赋予生物炭催化性能,然而其紊乱的炭结构无法实现电子的有效定向转移,限制了生物炭在催化去除污染物领域的实际应用。因此,本论文以农业废物为原料,通过操作简易且绿色环保的合成路径制备具有不同功能型触发位点和电子传导能力的生物炭基催化剂,在保持生物炭优异的吸附性、低毒性和稳定性的基础上,提高其电子转移效率和利用率,耦合高级氧化技术实现对水中污染物的去除,揭示污染物在生物炭催化体系下的降解机制和去除路径。主要研究内容和成果包括以下四个部分:第1部分研究了石墨化多孔生物炭基纳米复合材料催化降解有机污染物的效能和机理。利用铁基化合物作为石墨化激活剂,通过热解得到的石墨化多孔生物炭（PGBC）具有高比表面积,是半导体良好的负载平台,通过进一步的水热反应以PGBC为载体自组装负载g-MoS2纳米片。生物炭的石墨化程度的提高加速催化剂中光生电子转移和载流子分离,g-MoS2/PGBC瞬时光电流强度与单体MoS2相比提高了一倍以上。在可见光辐射条件下,g-MoS2/PGBC通过吸附协同催化作用对四环素（TC）去除效率比单体MoS2和MoS2/BC分别提高了37.04%和32.15%。优越的催化性能来源于复合材料界面Mo-S-C键的形成有助于增强复合材料对可见光的吸收强度,以及光生电子跨界面转移减少载流子复合,产生更多的氧化活性物种,h+和·OH共同作用于TC的降解,反应1 h矿化率达40%以上。第2部分研究了氮掺杂石墨化生物炭活化过硫酸盐降解有机污染物的效能和机理。为了避免反应过程中毒性金属离子的释放,降低环境因素对催化氧化反应去除污染物的影响,以及对可见光辐射的依赖,第2部分通过生物炭与尿素、高铁酸钾共热解的方法实现生物炭有效掺氮和石墨化过程。电化学特性实验显示所制备非金属氮掺杂石墨化生物炭（N-PGBC）具有最小的电化学阻抗和最大的电流密度。通过耦合过硫酸盐（PS）体系,具有更强电子传导性能的N-PGBC对TC的降解速率是BC/PS非均相催化体系的7倍。石墨化和氮掺杂功能化有助于加速电子传递,提高非自由基途径在TC降解中的贡献。在sp~2杂化碳骨架上形成的空位和缺陷边缘以及氮掺杂位点和酮基官能团被认为是N-PGBC活化PS降解污染物的主要活性位点。N-PGBC/PS体系对污染物的降解不依赖于自由基,对溶液背景下的有机物或盐离子具有很高的抗干扰能力。第3部分研究了氮掺杂纤维结构生物炭活化过硫酸盐降解有机污染物的效能和机理。为了减少生物炭改性过程中腐蚀性溶液和试剂的使用,避免其后续处理工艺,第3部分采用绿色环保的试剂和合成路径完成生物炭的优化:利用低共熔溶剂（DESs）改性和慢速热解同步实现生物炭原纤维结构的分离和氮元素掺杂。表征结果表明所得到的氮掺杂纤维结构生物炭（NRBF）表观形貌更为规整,含碳量更高,芳香族簇结构更多,具有最强的电子传导性能。N原子掺杂提高了芳香环部分的电子密度,制造了更多缺陷位点并提高电子流动性。NRBF桥联介导的电子穿梭非自由基途径是NRBF活化PS降解污染物的主导途径,对水中TC的降解速率为0.0221 min–1,比PB/PS体系高4.5倍。此外,NRBF/PS体系能够通过电子穿梭的非自由基途径与细胞膜物质发生氧化反应实现细菌灭活。第4部分研究了多孔磁性生物炭活化过硫酸盐去除微塑料附着重金属的效能和机理。为了进一步提高生物炭基催化剂对去除水体中污染物的普适性,实现材料的简便回收,第4部分通过一步热解法同步实现生物质的碳化、石墨化、多孔化和磁化过程,制备得到的石墨化磁性生物炭（PGMB）具有典型的石墨结构和结晶度。饱和磁化值的微小变化和反应后溶液中的Fe元素的微量浸出说明了生物炭与Fe~0单质和Fe3O4的紧密结合具有较强稳定性,赋予生物炭基催化剂磁性的同时通过价态变化提高活化PS的能力。实验结果证明有机质层是微塑料吸附污染物的关键,三维荧光图谱证明PGMB活化PS实现对微塑料表面有机质的分解,重金属（Pb）失去附着力从微塑料表面脱附。PGMB/PS体系对老化微塑料表面吸附Pb的脱除率可达60%以上,且该氧化体系下回收的PGMB对Pb的吸附容量为31.29 mg/g,远高于单独PGMB组的吸附量（7.07 mg/g）,说明PGMB/PS体系可实现Pb从微塑料表面转移至PGMB,且能通过磁性回收从水相中去除重金属。本论文系统地研究了生物炭介导电子传递性能促进高级氧化技术实现污染物去除的性能和机理,为有机固废资源化利用和应用于水污染修复的生物炭基催化剂的设计和开发提供了许多有价值的信息,为生物炭技术应用于实际场地工程修复提供重要的实验依据和理论指导。