双酚类有机物(BPs)作为一种典型的内分泌干扰物(EDC),可能对人体健康产生副作用(例如激素分泌破坏,致癌性,致突变性等)。由于双酚类有机物常用于聚碳酸酯塑料和环氧树脂等化工产品的生产,其广泛使用和高度持久性使其广泛存在于这些化工企业的废水和污水处理厂进水中,对于含BPs废水的处理也日益成为近年来关注的问题。高级氧化工艺(AOPs)因其在处理难降解有机污染物时表现出的高效性,成为含BPs废水治理的主要方法。在AOPs中,过硫酸盐(PS)可以被激活生成各种自由基,将水中的难降解有机物质除去。基于过渡金属和贵金属(例如Co,Cu,Ag等)的催化剂是有效的PS活化剂,但是,低储量和浸出毒性是不容忽视的问题。金属Fe、Mn具有储量大、环境毒性低等的优点,近年来受到研究学者的关注;但将其直接投入水中进行反应难免还是会对水体产生毒性,且其催化活化性能对水体pH值也具有较高要求。为了解决这些问题,各种金属负载型的催化剂被相继研制出来。纳米碳材料,包括二维碳材料(例如石墨烯)和三维碳材料(例如碳纳米管),作为载体通常用于与过渡金属形成金属@碳纳米复合剂,不但可以实现对金属的固定,还可以起到协同催化作用。然而,金属/金属氧化物@碳纳米复合材料复杂的合成工艺以及制备过程中纳米金属粒子的团聚,大大限制了它们在环境中的实际使用。因此,本文在综合国内外大量相关文献的基础上,针对以上AOPs应用中所用催化剂成本高、合成工艺复杂和浸出毒性较高等的缺点,以海藻酸钠水凝胶为模板,通过简便的一步合成法制备“核-壳”结构的金属/金属氧化物@碳纳米复合催化剂(Fe@CNs和MnO@CNs),用于降解水中难降解有机污染物(BPA和BPF),并深入研究了 BPA和BPF的降解途径和降解机理。本文的主要研究内容如下:1.以海藻酸钠水凝胶为模板,一步制备“核-壳”结构铁-碳纳米复合催化材料(Fe@CNs)并用于BPA降解。研究了合成条件(煅烧温度、Fe3+交联浓度)对复合催化材料结构、形貌和催化性能的影响。结果发现,藻酸钠水凝胶可以很好地固定和分散Fe3+;且该复合催化剂中Fe纳米颗粒被“碳壳”和外层黏附的三维立体碳网络包裹,可有效保护金属Fe的浸出,促进电子传输。热解温度的上升有利于复合催化材料比表面积、体积等的增加,从而促进催化反应的快速进行。而Fe3+交联浓度实验则表明,适当增加Fe3+的浓度可以促进BPA的催化降解。但是,高浓度的Fe3+交联剂导致催化剂中更多的Fe0颗粒,这降低了 Fe3C的比例,无法获得更好的催化降解效果。所以,选择Fe3+交联浓度为0.3M,煅烧温度选择1100℃,可以获得较理想的催化材料。此外,不同反应条件下Fe@CNs活化PS降解BPA的性能研究表明,较高的反应温度有利于PS活化产生更多自由基来提高BPA降解效率;且Fe@CNs/PS体系对溶液pH有较宽的适应范围,在pH范围为3-11,Fe金属浸出很少,在高效降解BPA的同时有效减少了对环境的二次污染。此外,水中共存阴离子和有机物(Cl-、HCO3-、H2PO4-和HA)、不同水基质对Fe@CNs/PS/BPA体系的影响研究表明,该体系在实际使用中具备较好的应用潜力。通过自由基捕获实验和EPR光谱研究证实了·OH、SO4·-、O2·-和1O2共同作用导致BPA分解。BPA的降解主要涉及BPA的羟基化、酮化、氧化和环裂解。循环实验表明使用的Fe@CNs的催化活性可以在热再生(1100℃)后恢复。2.以海藻酸钠水凝胶为模板,一步合成“核-壳”结构一氧化锰-碳纳米复合催化剂(MnO@CNs)并用于BPF的降解。研究结果证实,MnO@CNs较Fe@CNs具备更好的氧化降解污染物的性能。MnO@CNs催化剂的“碳壳”与多层碳纳米片组成的三维立体碳网络结构有利于反应过程中电子的转移。煅烧温度的研究证明高温有利于样品的石墨化和Mn7C3的形成。该复合催化剂活化PS降解BPF的性能高效稳定,在宽pH范围和含共存阴离子及有机物的溶液中均具有良好的适应性。选取了几种实际水样(去离子水、自来水与二级处理废水)来探究该MnO@CNs/PS体系在实际应用中的催化降解效果,结果表明该体系在实际水体中对BPF也具有较高的降解性能,且对TOC有较高的去除率。此外,循环实验表明,该催化材料循环稳定性较好,且在800℃下热处理其催化性能可以完全恢复。淬灭实验证实,MnO@CNs活化PS产生大量的02·-(主导作用),它与·OH,SO4·-和1O2—起作用于BPF的降解。新鲜的、使用过和再生后的MnO@CNs的Mn 2p光谱中Mn2+、Mn3+和Mn4+以及O 1s光谱中的Mn-O键的相对比例的变化,表明PS的活化伴随着金属Mn的氧化还原循环,证实了 Mn价态变化对MnO@CNs/PS体系中自由基产生的贡献。此外,MnO@CNs/PS体系中BPF的降解主要包括羟基化、氧化和环裂解等反应;我们根据BPF的降解中间产物提出了潜在的降解途径。