采矿和冶炼过程容易产生严重的重金属污染问题,其中,Cu、Pb、Cd和Zn是较常见的典型重金属污染物。这四种重金属污染物在环境中的富集性能强且难以降解,进入环境后,会对人体健康和生态系统产生很大的危害。目前用于治理重金属的方法很多,包括化学沉淀、离子交换以及膜技术等,但这些方法存在成本高、效果不理想等问题。相比较这些传统的方法,吸附法因其成本和效率等因素,被认为是比较有发展前景的重金属治理方法。吸附法中比较关键的因素就是吸附材料的选择,目前以生物质材料为原料制备得到的生物炭备受关注。水葫芦（Eichhornia crassipes）,又名凤眼莲,隶属于雨久花科,是一种多年生浮水草本植物,原产于南美洲亚马逊河流域。水葫芦繁殖能力很强,它能同时进行有性和无性繁殖,对环境适应能力很强。1901年作为花卉引入中国后,由于其无性繁殖速度极快,已对我国很多水域产生严重的危害。水葫芦对重金属、营养盐如N、P等污染物质均具有较强的耐性和吸收能力,在环境污染治理方面也具有一定的应用价值。利用水葫芦植株制备吸附材料,应用于水体中污染物的去除,不仅能够去除水体中的污染物,减轻污染物的危害,而且在一定程度上实现了水葫芦植株的资源化利用,降低了吸附材料的成本。本研究以成熟水葫芦植株为原料,制备水葫芦茎粉、根粉和生物炭3种吸附材料。开展水葫芦材料对多组分重金属的竞争吸附、水葫芦生物炭制备条件优化及其在尾矿引起的重金属污染修复治理等方面的研究。为水葫芦的资源化利用及其在重金属污染治理中的应用提供参考,取得的主要研究结果如下:（1）将水葫芦茎粉、根粉和生物炭3种吸附材料应用于水体中的Cu²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺的吸附,探讨吸附剂用量、反应时间和重金属离子初始浓度对吸附效果的影响,并采用Langmuir和Freundlich等温方程对吸附结果进行拟合。结果显示,水葫芦茎粉、根粉和生物炭对Cu²⁺的最大吸附容量分别为131.75mg/g、134.91mg/g和177.66mg/g;对Pb²⁺的最大吸附容量分别为106.86mg/g、113.44mg/g和195.24mg/g;对Cd²⁺的最大吸附容量分别为84.79mg/g、103.57mg/g和142.59mg/g;对Zn²⁺的最大吸附容量分别为98.95mg/g、129.99mg/g和146.14mg/g。（2）选用水葫芦生物炭为吸附剂,对Cu²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺组成的6组二元复合体系、4组三元复合体系和1组四元复合体系进行等浓度的竞争吸附研究。发现,生物炭对二元复合体系中的吸附能力大小顺序如下:Cu-Pb体系中,Pb²⁺>Cu²⁺;Cu-Cd体系中,Cu²⁺>Cd²⁺;Cu-Zn体系中,Cu²⁺>Zn²⁺;Pb-Cd体系中,Pb²⁺>Cd²⁺;Pb-Zn体系中,Pb²⁺>Zn²⁺;Cd-Zn体系中,生物炭对Cd²⁺和Zn²⁺的吸附能力相当,对Cd²⁺的吸附稍微强于对Zn²⁺的吸附;对三元复合体系中吸附能力大小顺序分别为:Cu-Pb-Cd体系中,Cu²⁺>Cd²⁺>Pb²⁺;Cu-Pb-Zn体系中,Zn²⁺>Pb²⁺>Cu²⁺;Cu-Cd-Zn体系中,Zn²⁺>Cu²⁺>Cd²⁺;Pb-Cd-Zn体系中,Pb²⁺>Zn²⁺>Cd²⁺;在四元复合体系中,生物炭对四种重金属离子的吸附能力大小顺序依次为:Zn²⁺>Pb²⁺>Cd²⁺≈Cu²⁺。结果表明,在二元复合体系中,生物炭对四种重金属离子的吸附能力与单组分中的吸附能力一样,而三元和四元复合体系与单组分体系中的吸附规律不同。结合材料表征和四种重金属离子的自身不同特性,对水葫芦生物炭吸附重金属机理进行分析显示,在二元复合体系中,Cu²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺的存在对生物炭吸附Pb²⁺的抑制作用强于Pb²⁺对Cu²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺的抑制作用。在三元及以上体系中,对重金属吸附起主要作用的为官能团与重金属离子之间的络合作用,沉淀作用、离子交换等作用在多组分体系中发挥作用不大。（3）采用响应曲面法,对影响生物炭吸附性能的制备条件（热解温度、热解时间和升温速率）进行优化设计,制备得到吸附Cu²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺的4种不同优化组合条件下的生物炭。吸附Cu²⁺的生物炭最优制备条件组合:热解温度为425.271℃、热解时间为3.090h和升温速率为19.649℃/min;吸附Pb²⁺的生物炭最优制备条件组合:热解温度为433.827℃、热解时间为2.654h和升温速率为19.961℃/min;吸附Cd²⁺的生物炭最优制备条件组合:热解温度为392.997℃、热解时间为2.424h和升温速率为15.559℃/min;吸附Zn²⁺的最优制备组合条件:热解温度为421.974℃、热解时间为2.192h和升温速率为15.883℃/min。利用Langmuir等温方程对上述4种生物炭对重金属对应的最大吸附容量分别为:Cu²⁺210.56mg/g、Pb²⁺251.39mg/g、Cd²⁺186.18mg/g和Zn²⁺223.32mg/g,吸附能力均优于未优化的生物炭。（4）构建正磷酸盐-铜尾矿-水葫芦吸附材料联用系统,对尾矿引起的重金属污染进行修复治理。建立磷酸盐淋溶改性铜尾矿系统,结合磷酸盐对重金属的钝化效应,降低尾矿中重金属的生物有效性;利用水葫芦吸附材料对渗滤液中的重金属离子进行吸附。经吸附后,渗滤液中Cu²⁺、Zn²⁺分别达到污水综合排放标准（GB8978-1996）中的二级和一级排放标准。尽管吸附材料对Cd²⁺的去除效果未达到一级排放标准,但对Cd²⁺的去除率仍达到94.94%,减轻了后续处理压力。通过建立磷酸盐-改性铜尾矿-水葫芦吸附材料联用系统,将化学钝化-吸附方法联用,对铜尾矿中的重金属进行钝化和吸附去除,降低了铜尾矿中重金属的有效性,减少了渗滤液中的重金属含量,能够大大降低其减少了对生态环境的危害,也给由采矿和冶炼过程中产生的重金属污染的修复提供了有效的途径。