近年来,异相Fenton-like催化氧化技术在处理难降解有机物废水方面取得了很大进展,被认为是一种极具发展前途的绿色环境污染净化技术。其中,固体催化剂作为氧化反应的核心,其性能直接决定异相Fenton催化氧化技术的未来前景。其中,离子掺杂和表面改性被认为是一种较好地提高催化剂活性和稳定性的方法。目前,采用过渡金属、稀土金属以及非金属掺杂的文献已有报道,但如何进一步提高其催化效率,拓展pH范围,提高可见光利用率仍面临严峻的挑战。基于此,本研究从酸催化和光催化的角度来设计合成新型双金属固体酸催化剂,将金属离子掺杂的优势和酸功能化所带来的独特表面特性相耦合,提高催化材料的活性与稳定性,并通过多种技术手段分析,以揭示酸催化反应的机理。本文的主要研究内容和结果如下：采用柠檬酸络合-硫酸浸渍方法制备超强固体酸SO42-/Fe2-xZrxO3和SO42-/Fe2-xTixO3催化剂。考察不同煅烧温度和金属掺杂量对催化活性的影响,结果表明当Fe/M (Zr, Ti)为5,煅烧温度773K时所制备的催化剂的活性最高。通过SEM、TEM、XRD、XPS、FTIR, NH3-TPD和Py-FTIR等技术手段分析了过渡金属离子的引入和酸功能化处理对固体催化剂表面结构、晶型、物理化学特性的影响。结果显示,所制备的催化剂同时拥有了介孔和大孔两种孔结构,比表面积和孔容积在硫化和金属离子掺杂作用下有所提高,表面结构的变化增强了反应基质在催化剂表面的吸附及孔道内传递；相比Zr掺杂,Ti的引入增大了催化剂的介孔孔径,使其平均达到9.2nm。由于过渡金属离子取代或间隙掺杂晶格中Fe3+离子,不仅导致α-Fe2O3的晶面特征衍射峰的宽化,且强度明显降低,还促使了(104)和(110)两个晶面特征峰向低角度方向偏移。其次,在硫化和金属掺杂的协同作用下提高了催化剂表面的酸强度和酸性位数量,在硫化Fe-Zr双金属氧化物表面上同时具有Br(?)nsted酸和Lewis酸两种酸性位,而SO42-/Fe2-xTixO3催化剂表面只产生了Lewis酸性位。在表面Zeta电位的测定中,发现pHIEP (SFZ-5)< pHIEP (SF)< pHIEP (FZ-5),表明硫化和Zr的引入对催化剂表面电荷有重要影响。此外,通过UV-vis DRS分析,发现Ti掺杂和硫化还可促使催化剂晶格中产生氧空穴,提高了催化剂的可见光响应。以活性艳红X-3B为目标污染物,考察SO42-/Fe2-xZrxO3和SO42-/Fe2-xTixO3固体酸催化剂在可见光条件下的photo-Fenton催化性能。结果表明,在金属掺杂和硫化的协同作用下,催化剂在photo-Fenton氧化反应中表现出较高的催化活性,并在多次循环使用过程中保持较高的稳定性,铁离子泄露量都在1.0 mg/L以下。通过反应动力学研究,发现一级组合动力学模型比伪一级动力学模型更适用于固体酸催化剂的photo-Fenton反应。其次,探讨操作条件如H202投加浓度、催化剂负荷、以及反应液初始pH对催化氧化降解效果的影响。结果显示,最佳操作条件为：H202浓度9.8mmol/L,催化剂浓度为1.0g/L,反应液初始pH为6.0。两种固体酸催化剂还成功地将Fenton反应的pH适用范围拓展到强碱性,尤其是在pH 4.0-10.0范围内,硫化Fe-Ti双金属氧化物的催化活性几乎不受影响。最后,通过分析两种固体酸催化剂分子结构、表面酸性位种类以及催化剂性能,揭示固体酸催化剂的photo-Fenton反应作用机理。催化剂活性的提高取决于表面酸性位和光诱导电子传递的协同作用,其中,酸性位的产生不仅可以提高对反应基质和H202分子的吸附,还可以加速催化剂内电子和空穴的转移,抑制两者的结合。选用硫代硫酸钠和甲硫氨酸两种硫源对Fe-Ti双金属进行掺杂改性。通过SEM、XRD、XPS、FTIR、NH3-TPD和Py-FTIR等技术手段分析不同形态硫掺杂对催化剂的晶型、比表面积、孔道结构以及表面特性的影响。结果表明,硫掺杂所制备的Fe-Ti双金属氧化物均呈颗粒状,表面未出现大孔结构。两种硫掺杂都没有改变铁氧化物本身的α-Fe2O3晶型,只是甲硫氨酸掺杂的金属氧化物XRD特征峰强度有所降低。其次,与未改性Fe-Ti双金属氧化物相比,硫掺杂使催化剂的比表面积减小,但增大了催化剂的表面介孔尺寸,提高了反应基质在孔道内的传质速率。而两种硫掺杂催化剂对比,发现甲硫氨酸掺杂使金属氧化物获得了更高的比表面积和孔容积。最后,硫掺杂使双金属氧化物表面产生了大量硫氧官能团,提高了催化剂表面的酸强度和酸性位数量。与硫代硫酸钠掺杂相比,甲硫氨酸的掺杂有效地提高了催化剂表面硫氧基团数量和亲水性以及增强了表面的Lewis酸特性。以活性艳红X-3B的降解为探针,考察不同形态硫掺杂的Fe-Ti双金属氧化物的photo-Fenton性能。结果表明,硫掺杂明显提高了Fe-Ti双金属氧化物photo-Fenton催化氧化降解活性艳红X-3B的效果。与硫代硫酸钠掺杂相比,甲硫氨酸掺杂的催化剂性能提高显著,是由于其掺杂增强了双金属氧化物的表面酸特性,提高H2O2分解产生羟基自由基的速率。其次,催化剂重复试验表明,只有甲硫氨酸掺杂的金属氧化物在催化反应中保持了较高的稳定性。最后,考察了H202投加浓度、催化剂负荷、以及反应液初始pH对两种催化剂的催化氧化效果的影响。结果表明,与硫代硫酸钠掺杂相比,甲硫氨酸掺杂的金属氧化物活性受操作条件影响比较小,并成功将Fenton反应的pH适用范围拓展到强碱环境。以Fe-Ti双金属氧化物为研究对象,对比分析两种硫化方法和两种形态硫掺杂对双金属氧化物的结构、表面特性以及催化性能的影响,初步探讨金属氧化物硫化作用的机理。结果表明,不管采用哪一方法,只要将硫氧基团引入催化剂表面,就可以有效提高双金属氧化物的photo-Fenton活性。其次,硫掺杂法比酸浸渍更容易在催化剂表面产生强酸性位,这可能由于直接引入硫更容易在催化剂表面形成FeⅢ-SO42-和TiⅣ-SO42强酸性基团,而酸浸渍过程中并没有发现TiⅣ-SO42-基团的存在。最后,根据不同形态硫源的比较,发现有机硫掺杂比无机硫更容易使金属氧化物获得较强的酸特性,这是由于在双金属氧化物制备过程中有机硫容易与柠檬酸络合成键,提高了其与金属离子的结合,从而产生强酸性基团。