玉米秸秆产量丰富,在缺氧条件制备生物炭可实现固碳,减缓碳排放。玉米秸秆生物炭制备和利用,对中国早日实现2030年前碳达峰目标和2060年前碳中和目标具有重要意义。目前人工湿地基质吸附性低,处理污水净化率提高难度大。秸秆生物炭作为人工湿地基质不仅可以弥补传统基质吸附性低的缺陷,同时作为基质能够促进湿地系统植物生长和微生物繁殖,进而提高人工湿地对污染物的去除能力。城市尾水产生量大且水质比大多数地表水差,直接排放会加速地表水体污染。利用人工湿地处理城市尾水具有成本低和效率高的特点。开展以玉米秸秆生物炭作为人工湿地主要基质净化城市尾水研究,对提高城市尾水深度处理效果具有重要的应用价值。本文通过热重分析和生物炭产率测定法探讨适合人工湿地基质的秸秆生物炭制备条件,通过扫描电镜、比表面积和孔隙结构测定对制备的生物炭材料进行表征,通过吸附实验和电导率测定分析生物炭的吸附性和浸出液电导率特征。对秸秆生物炭分别进行物理改性（冻融循环）、化学改性（酸、碱、盐）和物理化学相结合的复合改性实验,以改善生物炭的结构性能。通过对改性后的秸秆生物炭进行电镜扫描、元素测定、孔隙结构测定、XRD分析、FTIR红外光谱分析和CO2吸附脱附实验,探讨秸秆生物炭的改性特征。为深入分析秸秆生物炭改性对城市尾水的净化机理,分别对不同添加比例的未改性的生物炭和改性的生物炭进行无植物和有植物条件下的人工湿地城市尾水净化实验研究。主要研究结果表明:（1）基于生物炭的炭产率、吸附性、稳定性和制备成本因素,综合确定适合人工湿地基质利用的生物炭的制备条件。通过实验和分析发现玉米秸秆适宜的热解温度为450℃（2 h,10℃/min）,制备的生物炭碳元素含量超过70%,对碘和亚甲基蓝的吸附量分别超过木质净水用活性炭二级品标准的70%和40%。（2）从基质的吸附性和可溶解成分对导电性的影响角度揭示生物炭基质对人工湿地系统电导率示踪的影响机理,为以Na Cl为示踪剂的电导率指示人工湿地基质堵塞研究提供重要参考。发现生物炭基质中的可溶解成分是引起电导率差异的重要影响因素,超过了材料本身对污染物的吸附影响。生物炭基质经过改性后,灰分降低,可溶成分减少,对处理的城市尾水电导率影响降低。（3）通过分析生物炭基质改性后表面形貌、比表面积和孔结构特征、元素含量、晶体结构特征和表面官能团变化,揭示生物炭的酸、碱、盐、冻融循环和复合改性的机理。发现具有强腐蚀性的硫酸能够溶解生物炭结构中的灰分,更容易进入生物炭的微孔中,提高了比表面积和孔容积,几乎无硫酸盐残留。发现高浓度Na OH（≥2.5 mol/L）的腐蚀作用、高浓度高锰酸钾（≥0.5 mol/L）的氧化作用和16次及以上的冻融作用均会引起生物炭结构破损,导致比表面积和孔容积降低。发现相对较优的生物炭改性条件分别为:氢氧化钠浓度为0.1mol/L,高锰酸钾浓度为0.1 mol/L,冻融循环次数为8次。（4）揭示人工湿地基质中不同生物炭添加量和不同改性条件下对城市尾水中氮磷的净化机理,实现提高生物炭基质对城市尾水的净化效果。在一定范围内,随着生物炭添加量的增加人工湿地对氮磷的去除能力增强。生物炭促进了植物的生长和人工湿地系统硝化和反硝化反应,提高了人工湿地对城市尾水的净化效果,在秸秆生物炭添加质量比为2.95%时,人工湿地对城市尾水净化效果相对较优。生物炭经过0.1 mol/L浓度的Na OH改性后吸附性和NH4+阳离子交换能力均增强,同时促进植物的生长和人工湿地系统硝化和反硝化反应,在基质和植物共同作用下人工湿地对氮（NH4+-N、TN和NO3--N）的平均去除率分别提高9.18%、13.43%和5.90%。0.1 mol/L浓度的高锰酸钾改性生物炭后,除比表面积和孔容积增大提高吸附性外,平均孔径增大和锰氧化物作用提高了对磷的吸附,在基质和植物共同作用下对城市尾水中TP的平均去除率提高44.71%。该研究是对秸秆的资源化利用新途径的探索,相对较优生物炭添加量和改性条件下节约人工湿地建设成本,并提高人工湿地城市尾水的净化率。对实现作物秸秆的资源化利用、落实国家碳达峰和碳中和目标以及提高人工湿地基质的废水处理能力等具有重要的理论意义和应用价值。