吸附法和高级氧化法是处理染料废水常用方法。但传统的吸附工艺以活性炭作为吸附剂,成本较高,且饱和后活性炭需要高温再生。常用的高级氧化工艺Fenton法,会产生大量铁泥废弃物,且Fe³⁺影响出水色度。针对上述问题,本论文选用城市污泥固体废弃物作为原料,采用水热法将过渡金属Co和Fe负载在污泥生物炭上,污泥生物炭/钴吸附材料和污泥生物炭/钴/铁类芬顿催化材料。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、傅里叶红外、热重分析等多种表征手段对材料进行微观结构分析,同时选用刚果红作为染料废水检验材料的吸附和催化降解性能。通过研究,本论文得到以下结论:以单独污泥作为原料,采用水热法制备污泥生物炭。通过单因素实验,分别考察水热温度、水热时间、水热pH和固体污泥填充质量四个因素对污泥生物炭处理刚果红染料废水的影响,得出最优的水热条件为:水热温度:180℃;水热时间:3 h;水热pH:9;固体污泥填充质量:1 g。通过表征分析发现污泥经水热法处理后,有机质发生碳化,产生多孔的结构,提高了材料的比表面积,且热稳定性提高,表面含氧官能团减少导致亲水性减弱。为进一步提高污泥生物炭的吸附性能,本研究在制备污泥生物炭的过程中掺杂过渡金属钴元素,当钴掺杂量达到8 g/L时,掺钴材料的比表面积从污泥生物炭的42.651 m2/g提高到71.579 m2/g,对刚果红的去除率从42.8%提高到97.3%。同时研究吸附温度、pH、染料配水溶剂等对刚果红去除的影响。研究结果表明,材料对于刚果红的吸附属于放热反应,温度的升高会降低去除率,所以选择最优的吸附温度为25℃;酸性环境对去除率影响较小,但是当pH调节为碱性时,去除率降低,分析原因是OH^-与刚果红染料竞争吸附剂表面的活性位点;选用自来水模拟实际水体,会导致去除率降低,但去除率仅降低4.38%,分析主要原因是自来水中杂质占据活性吸附位点。探究吸附材料对与刚果红的去除机理,材料对于刚果红的吸附遵循二级动力学模型,说明该吸附属于化学吸附;材料对于刚果红的吸附等温线更符合Langmuir型等温吸附,说明该吸附过程属于单分子层吸附。基于以上研究,制备污泥生物炭/钴/铁类芬顿催化材料,用于处理高浓度刚果红染料废水。通过单因素实验,探究铁离子掺杂量、材料投加量、双氧水投加量、溶液pH对降解率的影响。掺杂4 mmol Fe³⁺的复合材料的最优反应条件为:材料的投加量为1 g/L,双氧水的投加量为0.75 m L/L,反应体系的pH为3,此时刚果红的脱色率可达100%。SEM表征发现,Fe³⁺的加入使得复合材料出现了直径为300nm的炭微球,炭微球结构均一。VSM表征分析发现,复合材料的饱和磁强度较单独加入钴材料有所提高,饱和磁强度为17.749 emu/g,这与XRD分析中Fe₃O₄的生成研究结果一致。说明Fe³⁺的加入,有利于材料从溶液中的分离。XPS表征分析得知复合材料的主要元素组成为C、Fe、Co、O,这也证明了在水热反应条件下,污泥生物炭、钴元素、铁元素很好的结合到了一起,形成了结构优良的复合材料。研究复合材料对刚果红的去除机理,表明复合材料与H₂O₂构成类Fenton体系,产生具有强氧化作用的?OH,复合材料对刚果红的去除是吸附与高级氧化协同作用的结果。