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采集乌梁素海芦苇区的表层沉积物,提取并纯化不同粒径沉积物中黑碳(BC),利用结构表征等手段分析BC的共性与特性。选取Pb2+、Cu2+、Cd2+三种重金属元素,以BC1、BC2、BC3和BC4位为吸附剂,研究不同环境条件下(pH、离子强度、BC浓度、M2+浓度以及低分子有机酸浓度下各级分BC与重金属离子的吸附特征,采用Langmuir、Freundlich模型描述BC与重金属离子的吸附特征,并通过对吸附前后BC的红外光谱分析和扫面电镜-能谱分析,揭示BC对重金属离子的吸附机制。得出如下结论：(1)不同粒径BC的元素组成以C和O为主,H/C比呈现出BC1>BC2>BC3>BC4,BC中芳香结构和双键的数量随粒径的减小而增加,BC1、BC2比BC3、BC4具有更高的亲水性。由于沉积物颗粒堵塞BC部分微孔且提取分离中无法被去除,因此导致各级分BC灰分偏高。FTIR表明,BC1、BC2比BC3、BC4含有更多的弱碳化结构,且芳香碳(C=O)和酚羟基(-OH)的振动与纤维素含氧官能团相似。比表面积及孔隙度分析表明,随着粒径的减小,BC的比表面积随之增大。BC各级分的孔结构以介孔为主。各级分BC的形态和大小不一,乌梁素海沉积物中BC的来源主要是生物炭,且芦苇生物炭在其中所占比例相对最大。(2)各级分BC对重金属离子吸附动力学曲线上升趋势具有共性,Pb2+、Cu2+和Cd2+的平衡吸附量的顺序是BC4>BC3>BC2>BC1。各级分BC对重金属离子的吸附符合准一级和准二级动力学模型。等温吸附中,随着金属离子初始浓度的增大,BC各级分对Pb2+、Cu2+和Cd2+的吸附量也逐渐增大,并逐渐达到饱和,随着BC粒径的减小,金属离子的吸附量越大。Langmuir和Freundlich模型拟合结果表明各级分BC对Pb2+、Cu2+和Cd2+的吸附以单分子层吸附为主。(3)随着BC浓度的增大,其对金属离子的吸附能力也会增大；随着pH的增大,金属离子的吸附量和去除率也增大。在pH=5时,Pb2+和Cu2+达到最大吸附量。当pH<6时,Pb2+和Cu2+的去除机制主要是吸附；当pH>6时,去除机制是Pb2+和Cu2+水解沉淀作用。各级分BC在溶液中均具有一定的缓冲作用。随着离子强度的增大,BC对重金属离子的吸附能力逐渐减小。低浓度(<5mg/L)的柠檬酸会促进吸附,高浓度起抑制作用；草酸始终抑制吸附。反应前后BC的SEM-EDS分析表明重金属离子吸附在各级分BC表面,随着BC粒径的减小,相应的重金属离子的峰面积依次增大。反应前后BC的FTIR分析表明BC表面的羟基和羧基对BC吸附重金属离子有一定的贡献性,但其主导机制仍是表面吸附。(4)<63μm的组分为颗粒物的沉积物主要组分,即BC3和BC4为主导级分。BC约占总沉积物的1%,随着BC粒径的减小,其在沉积物中所占的比例依次增大。各级分BC吸附重金属离子的贡献率随着BC粒径的减小而增大,并呈现出Pb2+>Cd2+>Cu2+。(5)不同粒径沉积物中BC对重金属离子混合体系吸附动力学曲线上升趋势具有共性,Pb2+、Cu2+和Cd2+的平衡吸附量的顺序是BC4>BC3>BC2>BC1,且Pb2+的吸附量远远大于Cu2+和Cd2+。各级分BC对重金属离子的吸附符合准一级和准二级动力学模型。随着金属离子初始浓度的增大,各级分BC对Pb2+、Cu2+和Cd2+的吸附量也逐渐增大,随着BC粒径的减小,金属离子的吸附量越大。同一级分BC对不同重金属离子的条件下,当混合离子初始浓度相对较低时,各级分BC对重金属离子的吸附竞争系数略微波动,但总体趋势表现为Pb2+和Cd2+减小而Cu2+增大；随着各重金属离子初始浓度不断增大,Pb2+,Cu2+和Cd2+的竞争系数趋于平稳,且呈现为竞争系数Pb2+>Cu2+>Cd2+,其原因是相较于Cd2+和Cu2+, Pb2+拥有较强的竞争吸附能力且已经夺取了大部分吸附点位。