随着储量丰富的新疆煤炭资源的开发,以煤气化为龙头的现代煤化工在新疆快速发展,也促进了我国煤基活性炭产业的西移。与此同时,新疆煤中高含量的碱金属和碱土金属（alkali and alkaline earth metals,AAEM）给煤加工转化利用过程带来极大的障碍,大量产生的煤气化废水、尤其是大规模气流床煤气化废水中微量有害元素（hazardous trace elements,HTEs）也对环境生态造成严重的威胁。论文以新疆高碱煤为原料制备活性炭,研究利用煤中内源性的AAEM调控活性炭孔结构的可能性、方法和机制;研究活性炭制备的炭化、活化过程中煤中含铁矿物中铁的性状及演化,探索高碱煤基活性炭赋磁的方法和机制。在此基础上,研究利用孔结构可调新疆煤基活性炭吸附净化煤气化废水中微量有害元素。论文开展的主要研究工作:采制典型新疆高碱煤样,对煤样进行深度评价;采用优化后的逐级萃取法,借助电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）、X射线衍射（XRD）和能谱（EDS）进行分析,研究高碱煤的组成、结构和性质,明晰AAEM的形态和含量;利用XRD、拉曼光谱（Raman）和热重分析（TGA）分析炭化物的结构与性质,以及炭化过程反应机制;氮气吸脱附表征活性炭的孔结构;TGA分析活化过程的反应动力学;XRD和Raman分析高碱煤、炭化物和活性炭中Fe的形态和含量;采用静态吸附实验、动态吸附实验研究活性炭对气流床煤气化废水中HTEs的吸附性能;搭建中试装置,进行中试级别的活性炭净化吸附HTEs试验。论文研究取得的主要结论:（1）新疆高碱煤中,AAEM的赋存形态和含量差别较为明显。煤样中Na主要以水溶态和不溶态存在。巴音郭楞煤Na含量为5432μg?g-1,高于沙尔湖煤,但其形态以不溶态为主,活性较高的水溶态和离子交换态均低于沙尔湖煤。巴音郭楞煤和沙尔湖煤中Ca的赋存形态和含量差异明显,沙尔湖煤中Ca以离子交换态为主,含量高达11274μg?g-1,而巴音郭楞煤中Ca主要以不溶态存在。Mg和K的赋存形态在两种煤中较为相似,均以不溶态为主。巴音郭楞煤和沙尔湖煤中,水溶态Na主要以Na Cl和Na Cl水合物形态存在,水溶态Ca主要为Ca（OH）2微溶于水产生的,酸溶态Ca则以Ca CO3和Ca SO4为主。改进后的逐级萃取法缩短了萃取时间,且修正了传统方法中醋酸铵作溶剂导致的离子交换态Ca含量过高的问题。（2）AAEM对煤炭化过程影响主要体现在炭化物的微晶石墨结构和孔隙结构上,影响的机制是AAEM对炭化过程的催化作用。其中水溶性Na对炭化的催化作用最为明显,它能促进聚合-缩合反应的进行,生成的炭具有较低的石墨化程度,为后续的活化反应提供了良好的初始结构;离子交换态Ca经铵洗后在煤表面发生迁移和解离,也起到了催化作用,使炭化物的孔隙结构更加复杂。AAEM对活化反应过程的影响主要体现在炭化物的活化反应活性上,但AAEM对活性炭孔隙结构的影响是一个复杂的过程,需要考虑炭化物的孔隙结构、微晶结构和活化过程中反应速率和扩散速率的平衡。AAEM的存在有利于活性炭孔隙结构的发展。可以通过改变AAEM的含量和形态来控制活性炭的孔结构发育。在合适的制备工艺条件下,利用未经处理的高碱煤,可以制备出中孔发达的活性炭;而随着逐级萃取的进行,活性炭的孔结构逐渐朝微孔段集中,可制备出微孔发达,孔径均一的高比表面积炭。利用高碱煤中内源性AAEM调控活性炭的孔结构具有可行性。（3）新疆高碱煤样中内源性Fe矿物主要以硫铁矿（Fe S2）的形式存在。在炭化阶段,Fe S2受热发生热解反应,转变为具有磁性的磁硫铁矿(Fe S1+x),磁硫铁矿的性质不稳定,在活化阶段与水蒸气接触,进一步被氧化为具有磁性的Fe3O4,为活性炭样品赋磁。Fe S1+x的氧化动力学结果表明,随着反应的进行,Fe S1+x的数量逐渐减小,Fe3O4呈现出先增加后减小的趋势,并伴随少量Fe2O3出现。Fe S2和水蒸气的氧化反应符合三维扩散模型,反应速率常数为6.71×10-6。利用煤中内源性含Fe矿物可制备出磁性活性炭,活化时间对活性炭中Fe3O4含量的影响最为明显,通过调节活化时间,可在一定程度上控制活性炭中Fe3O4的含量,从而调节活性炭的磁性。（4）商品活性炭对气流床煤气化废水中的有害微量元素有明显的吸附和净化作用。活性炭对Hg的吸附符合Freundlich等温吸附模型,Hg2+与GAC之间存在多种作用力,而产生多层吸附;对As（V）和[Be（H2O）2]2+的吸附符合Langmuir等温吸附模型,吸附过程更接近于单层吸附。与商品炭相比,高碱煤基磁性活性炭具有更大的孔容,对Hg、As、Be的吸附性能均优于商品活性炭,且吸附特性与商品活性炭略有不同,对Hg的吸附符合Freundlich等温吸附模型,对[Be（H2O）2]2+的吸附符合Langmuir等温吸附模型,对As（V）的吸附符合Temkin等温吸附模型,说明吸附以化学吸附为主,高碱煤基磁性活性炭中Fe对As（V）的吸附影响明显。中试试验结果表明,活性炭吸附法是一种有效处理气流床煤气化废水中HTEs的方法,与分子筛串联搭建的GAC-分子筛联合吸附装置操作过程稳定简单,能耗低,能够满足煤气化生产过程中产生的废水中HTEs的去除要求,特别是对Hg和Be的去除率均在99%。