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我国生物质资源丰富,其中生物质废弃物具有碳含量高、可再生性和低价易获得等特点。生物质废弃物经过有效处理可变废为宝,避免其简单焚烧对气候造成的不利影响。目前,生物质废弃物到生物炭,再发展为多孔高效吸附剂,最终到炭基催化剂,其制备过程的优化和性能的提升迫切需要新的尝试和催化表现的综合分析。本论文通过设计和筛选炭基材料的制备及催化应用,依次实现了生物炭制备过程优化,炭基金属催化剂纳米粒子的有效分散和炭基光催化剂从紫外光到可见光吸附催化降解有机物的研究。具体内容如下:（1）活性炭制备过程优化:以工农业生物质废弃物糠醛残渣为原料,采用物理化学活化和微波辅助热解的方法制备糠醛渣活性炭。探究了不同预处理方法、活化温度、活化时间和浸渍比对活性炭产率、品质及吸附性能的影响。结果表明,化学试剂（如KOH）有效地改善了活性炭的孔结构和吸附性能。相对较低的浸渍比（KOH:FR=0.5）得到了具有高吸附容量的糠醛渣活性炭,避免了化学试剂的大量使用,并降低了制备成本。与水洗糠醛渣活性炭（MWAC-O）的制备条件（850 oC/60 min）相比,800 oC/20 min制备的碱处理糠醛渣活性炭（MKAC-O）具有更高的比表面积和孔隙结构。MKAC-O的中孔体积大于48%,对吸附亚甲基蓝（MB）具有积极作用。活化机理中,CO2和KOH对碳原子的消耗、微波高升温速率（249.6℃/min）和加热均匀性是糠醛渣活性炭具有高比表面积和大孔体积的直接原因。生物质废弃物糠醛渣通过物理化学活化耦合微波辅助加热一步法制备糠醛渣活性炭被证明是一种可行的方法,实现了低剂量化学试剂得到多孔高吸附活性炭的制备目标,为后续生物质炭材料的活化改性技术提供了一种优化尝试,具有潜在的工业应用前景。（2）炭基载铁催化剂的制备和应用研究:以林业生物质废弃物松木木屑为原料,采用铁盐浸渍的方式进行金属离子负载,三种预处理方法（酸洗浸渍、超声浸渍和水热浸渍）结合微波热解合成炭基金属纳米催化剂并对其催化性能进行综合评估与比较。结果表明,超声预处理和水热预处理获得了高度分散的Fe纳米颗粒（平均粒径≤11.3 nm）。超声预处理（USC750）和水热预处理（HTC750）合成的催化剂不仅在低空速反应2 h后具有很好的萘催化裂解效率（94%～100%）,而且在高空速下表现出优异的催化活性,焦油转化率＞90%,该现象与催化剂表面形成的零价铁（Fe~0）和亚铁的催化作用密切相关。HTC750在750 oC反应4 h后依旧具有良好的催化稳定性,归因于强抗积碳能力(0.004 gcg-1Cath-1)。炭基载铁催化剂中Fe~0的强还原能力促使苯环断裂形成小分子,而被氧化的活性位点因为炭载体的存在,被还原为低价态铁粒子继续参与反应,该过程保持了催化剂较高的催化活性。综上可得,该研究提出了一种简单、有效处理生物质废弃物并合成炭基金属纳米催化剂的新策略,实现了Fe~0的形成和高度分散,并且在不牺牲催化活性的情况下提高了催化剂的催化效率和耐久性,在后续去除真实生物质气化焦油方面提供了很好的研究基础。（3）炭基Ti O2光催化剂的制备和应用研究:在糠醛渣活性炭的基础上,结合超声和水热处理分散金属粒子的方法,超声辅助溶胶-凝胶处理（USG）和溶剂热处理（ST）结合微波辅助加热（MH）成功制备了炭基Ti O2光催化剂,并通过紫外光照下四环素（TC）的吸附催化降解实验评估催化剂的催化表现。结果表明,改进的制备方法得到了纳米级Ti O2颗粒（9～11 nm）。Ti O2中碳原子的掺杂,降低了禁带宽度。与Ti O2相比,含活性炭的Ti O2@AC-STM导带电位明显降低,促进了光生电子的产生。Ti O2@AC中的Ti-C-和Ti-O-C有利于光生电子从Ti O2传输到活性炭上,促进了光生电子和空穴的有效分离。紫外光照下,Ti O2@AC-STM和Ti O2@AC-USGM在近中性的催化环境中表现出88.0%和75.7%的去除效率,优于同样条件下其它已经报道催化剂。TC溶液（初始p H:6～9）经Ti O2@AC-STM降解后,p H接近中性。Ti O2@AC-STM在可见光光照下反应速率常数为9.5×10-3min-1,是无炭载体的Ti O2-STM反应速率的1.6倍,是商业Ti O2-P25反应速率常数的3.2倍。催化剂的自沉降表现突出了Ti O2@AC-STM在实现废水中有机污染物吸附催化降解的同时,可以通过简单沉降的方式实现初步分离,避免了分离过程复杂且成本高等问题。Ti O2@AC的两种制备尝试（超声辅助溶胶-凝胶处理和溶胶-溶剂热处理结合微波加热优化制备过程）实现了Ti O2/AC制备的高效性,为后续炭基金属纳米材料的制备提供新的思路;同时合成的催化剂在紫外光和可见照下催化去除TC污染物方面表现出很好的潜在应用价值。本文探究了生物质废弃物的减量化、炭材料的制备优化、炭基金属催化剂纳米粒子的均匀分散、炭基光催化剂高级氧化（光催化）处理污染物的系统性和逐步深化的研究,为生物质废弃物的处理及资源化、生物炭的活化、功能化、纳米复合材料的合成及应用提供了新思路。