含油污泥是石油工业最主要的固体污染物。它是由多种石油类碳氢化合物、水、重金属以及固体矿物颗粒等组成的乳状混合物。其毒性强,产量大,对环境产生极大的危害,因此,含油污泥的高效处理是当今的研究热点。但由于含油污泥成分性质复杂,传统的含油污泥处理方法无法实现无害化和资源化处理的需求,探求新的含油污泥处置方式刻不容缓。另外,随着当今社会对能源和环境可持续发展需求的不断增加,世界各国均投入大量资源来开发性能优越、价格低廉、环境友好的能源转换和存储装置。超级电容器,又称为电化学电容器,作为一种新型的能源存储装置,由于其极高的功率密度、极长的循环寿命以及可靠的安全性能而被当作是传统蓄电池的重要补充。目前商用超级电容器的电极材料通常为碳基材料,而具有高电容性能的碳电极材料的制造成本往往较高,限制了其应用范围。因此探索利用价格低廉的原料和方法制备超级电容器用碳基电极材料是目前超级电容器领域重要的研究方向之一。含油污泥中大量的石油类碳氢化合物能够为碳材料的制备提供碳源,但其中复杂的矿物质成分则是实现这一设想的障碍。基于此,本文提出了采用预碳化-化学活化两步法制备含油污泥基多级多孔碳（HPC）电极材料。预碳化后的酸洗过程和化学活化过程在碳材料形貌结构演化过程中均具有重要作用。含油污泥中细小的无机矿物杂质颗粒发挥了“自模板”效应,从而使碳化产物通过氢氟酸酸洗后形成碳材料的骨架,然后再结合适宜的氢氧化钾化学活化作用,形成了包含丰富大孔、介孔、微孔的独特的多级孔结构。所制备的含油污泥基多级多孔碳材料具有极高的比表面积和优良的孔径分布,使其获得优良的双电层电容性能,表现出较高的比电容和能量密度、良好的电容倍率性、循环稳定性和结构稳定性。为了对该多级多孔碳材料的比电容值进行进一步优化,对其制备过程进行改进,成功实现了氮原子在碳结构中的掺杂。在保留了多级多孔碳材料高比表面积和孔径分布,且保持了双电层电容特性的同时,又向其中引入赝电容效应,从而使含油污泥基N掺杂多孔碳（NPC）电极材料具有更好的电容性能。另外,为了对碳电极材料的比电容和能量密度进行合理的优化,本文还设计和制备了金属氧化物-多孔碳复合电极材料。其中,为了实现含油污泥基多孔碳材料在超级电容器正极材料应用的性能优化,采用氧化还原自组装法制备了二氧化锰-多孔碳（MnO₂/HPC）复合电极材料;而为了优化其作为负极材料的性能,采用水热沉积法制备了氧化铁-多孔碳（Fe₂O₃/HPC）复合电极材料。两种碳基复合材料中,MnO₂纳米线和Fe₂O₃纳米棒分别均匀的负载于含油污泥基多孔碳的表面。高比表面积多孔碳基底的存在,既增大了赝电容活性物质的导电性,也扩大了赝电容材料与电解液的反应界面,提高了赝电容材料的利用率,从而实现了双电层电容和赝电容的协同作用。MnO₂/HPC复合材料和Fe₂O₃/HPC复合材料均具有较高的比电容值,并且以MnO₂/HPC电极为正极,Fe₂O₃/HPC电极为负极组装的非对称电容器器件也具有优越的比电容和能量密度。由于原料来源便宜广泛、制备工艺简单有效,本文提出的利用含油污泥制备超级电容器用碳基电极材料的方法,具有显著的成本优势,并且还可以带来巨大的环境效益。因此本文的研究为以各类废弃物为原料的碳基电极材料的宏量制备展现了光明前景,在解决环境问题的同时,拓宽了高性能廉价碳材料的来源。