大量抗生素使用后被排放到水体中,诱导耐药性细菌的产生进而危害水生生物,对水生环境和陆地生态系统构成了严重的环境威胁。处理抗生素污染水体已成为一个重要课题。常见的去除方法包括生物降解法、物理吸附法等。生物降解由于其较低的成本而被普遍采用,但是该方法处理周期特别长,适用于中性环境,对水质要求苛刻。物理吸附设计简单,对水质无要求,但需要对使用过的吸附剂做二次处理,也面临着抗生素后处理的问题,成本较高。这些方法的局限性以及对优质水源日益增加的需求,促使人们开发更高效、更环保的抗生素污染处理方法。光芬顿氧化法是一类新兴的混合高级氧化修复技术,通过光激发生成活性物质如电子、空穴、羟基和超氧等自由基与污染物反应,使污染物发生电子转移或降解为小分子物质得以从污染介质中分离,与生物处理和物理处理技术相比,光芬顿氧化技术反应速率更快、降解效率更高,不易产生二次污染,且不受水质等条件的限制,具有广阔的应用前景。合适的催化剂是应用光芬顿氧化法去除抗生素的关键。铁基固体催化材料（包括锰铁氧体和铁卟啉配位化合物）因出色的光芬顿催化性能备受关注。本文的具体研究工作及成果围绕铁基固体催化材料光芬顿氧化降解抗生素展开,包括以下4个部分的内容:⑴不同结构的锰铁氧体-二硫化钼复合材料光芬顿降解四环素的行为与机理研究。通过水热法和溶剂热法制备不同形貌、结构的具有磁性的锰铁氧体-二硫化钼（FM）复合材料,其中溶剂热法采用乙二醇作为溶剂。通过扫描电镜、X射线衍射、BET等观察FM复合材料的结构和形貌,发现水热法制备的FM材料成花状、片层组成的团簇形状,具有孔状结构,多为介孔,对广谱抗生素四环素（TC）表现出很强的吸附作用,可以提供足够开放的活性位点,有利于传质反应的发生。溶剂热法制备的FM,材料成条状、球状和由纳米棒组成团簇,没有孔状结构,对TC的吸附作用相较于水热法制备的材料更小。为了研究不同结构的FM材料的光芬顿催化性能,设计了一系列降解实验,以H2O2的添加量、光强、反应时间、TC浓度作为变量,通过液相色谱质谱定性测量TC的中间产物,通过自由基捕获实验探讨光芬顿过程中起作用的活性自由基。结果发现水热法制备的1FM（锰铁氧体和二硫化钼的质量比为1:1）材料表现了最高的降解性能,1 h内的降解率可达80.9%,且材料有很强的磁性便于回收,回收率达80.4%,实验取样过程以及材料洗涤、封装过程损失了部分材料。二硫化钼的引入促进了基于锰铁氧体的光芬顿体系中电子的传输,进而提高了催化降解性能。⑵零添加H2O2的锰铁氧体-富氧氮化碳复合材料光芬顿氧化降解抗生素的行为与机理研究。基于第1部分的研究可知,光/FM/H2O2的光芬顿体系能有效降解TC,使用后能通过外加磁场快速地从水体中分离出FM催化剂,但是该体系仍然需要添加H2O2,这无疑给实际应用增加了负担。因此,本研究进一步研究无需添加H2O2、具有磁性分离特性催化剂的光芬顿体系。选择在可见光激发下产H2O2的富氧氮化碳新型材料与磁性锰铁氧体结合形成复合材料OMF。富氧氮化碳通过将含氧官能团引入氮化碳合成,含氧官能团促进富氧氮化碳发生双电子还原反应,将氧分子还原成H2O2。本研究以期通过OMF在光照后产生的H2O2满足光芬顿氧化降解过程的需求。以TC、土霉素和环丙沙星为目标污染物,研究OMF零添加H2O2光芬顿体系氧化降解抗生素的性能和普适性,结果表明不添加H2O2的光芬顿体系在光照1 h内可降解86.5%的TC、82.2%的土霉素和42.7%的环丙沙星。另外也研究了p H、水质、重复使用材料对该光芬顿体系的影响。通过扫描电镜、X射线电子能谱等观OMF的表面形貌、结构、表面元素组成和价态等。结合实验数据和表征结果,分析基于OMF零添加H2O2的光芬顿体系降解抗生素的机理,发现生成H2O2的量足够参与三价铁和三价锰的还原,促进光芬顿氧化过程的发生。⑶三维花状铁卟啉-钨酸铋仿生复合材料的制备及其光芬顿氧化降解水体四环素和罗丹明B的行为与机理研究。基于第1、2部分的研究,以锰铁氧体复合材料作为催化剂可以高效催化光芬顿过程氧化降解抗生素,尤其是花状结构的材料,催化剂通过外加磁场从水体中分离进而回收利用。但是在实际应用中,磁性分离技术并不简单,如反冲洗过程中介质的剩磁使得吸附在设备上的磁性催化剂难以被清洗干净、需要昂贵的具有高磁饱和度的聚磁介质来提高磁场梯度、残留在水体中的催化剂依然会对环境造成负担。因此,发展环境友好型催化材料、降低外源材料对本土生态环境的不良影响,具有重要研究意义。因此,第3部分重点研究催化材料的环境友好性。将具有仿生性质的铁卟啉和钙钛矿型钨酸铋光催化结合形成三维花状结构的复合材料（H-Bi2WO6）,铁卟啉和钨酸铋通过范德华力等非共价作用力结合。实验结果表明SSL/H-Bi2WO6/H2O2的光芬顿体系表现了良好的催化降解性能,1 h内能降解81.2%的TC和99.5%的罗丹明B,具有高矿化能力,总有机碳的去除量达到了70%。结合表征结果和实验数据,铁卟啉在SSL/H-Bi2WO6/H2O2光芬顿体系主要起两个作用:一是携带溶解氧,促进H2O2和超氧自由基的生成;二是用作电子传递中心,将钨酸铋导带上的光生电子传递到材料表面和溶解氧发生反应。⑷零添加H2O2的二维铁卟啉-钨酸铋复合材料光芬顿氧化降解四环素的行为与机理研究。基于上述研究结果发现,仿生材料的使用在保证高效降解抗生素等有机污染物的同时有望减弱外源材料对环境的不良影响,实现零添加H2O2则更有利于铁卟啉光芬顿体系的应用。因此,拟通过改变材料的结构,构建二维铁卟啉-片状钨酸铋复合材料（HBWO）,通过自产H2O2形成光芬顿体系。通过原子力显微镜等表征技术观察二维结构HBWO的微观结构和表面性质,发现二维结构的HBWO复合材料是层状结构,层间距约为0.35 nm。降解实验以TC为目标抗生素污染物,研究二维结构的HBWO复合材料光芬顿氧化降解的机理。相较于三维结构,二维结构的材料具有更开放的表面积,有利于物质的分散和结合,有效增强复合材料的稳定性。另一方面,二维结构可以缩短光生载流子从材料内部转移到表面的距离,加快电子转移速率。通过检测,发现光芬顿过程生成36μM H2O2,且降解实验结果证明在不添加H2O2时二维HBWO光芬顿过程展现了比第3部分工作中的三维H-Bi2WO6更高效的降解性能,1 h内TC的降解率达86.4%。本论文系统研究了铁基催化剂光芬顿反应去除水体中抗生素的行为机理,为光芬顿技术在有机污染物处理领域的进一步发展提供了许多有价值的信息,有助于光芬顿技术的实际工程应用。