随着城市化和工业化的发展,生活污水和工业废水的总排放量不断地增大。同时,水污染状况也发生了较大的变化,其成分也逐渐由简单到复杂、其浓度由低变高以及生物降解性由易变难,从而导致传统的废水处理技术难以满足日趋严格的排放标准。酚类化合物是一类具有苯酚结构的难降解有机污染物,其生物毒性大、污染范围广,需要采用一些新型水处理技术将其去除。非金属过硫酸盐高级氧化技术（PS-AOPs）被誉为一种新型绿色水处理技术,由于其催化剂来源丰富、有机物氧化效率高以及环境友好等特点,因而引起研究者的广泛关注。然而,非金属活化PS的反应机制仍存在较大的争议;同时,非金属催化剂的应用也存在一些缺陷。（i）由于缺乏可靠的电化学表征技术,难以深入研究碳/过硫酸盐（carbon/PS）体系的电子转移过程;（ii）在活化PS过程中,碳表面活性中心尚不明确,特别是其表面含氮、氧官能团的种类;（iii）Carbon/PS体系虽能有效快速地去除有机污染物,但大多碳材料稳定性较差,循环效果不理想。针对以上的问题,本论文研究如下:（1）Carbon/PS体系对有机污染物选择性氧化的机理研究:本文第二章提出了一种组合电化学分析方法用于研究carbon/PS体系的电子转移过程。通过半波电位评价了12种酚类化合物的电化学性能,并将其与碳纳米管活化过二硫酸盐（PDS/CNT）体系中的动力学速率常数构建相关性。通过定量构效关系（QSARs）分析、电子顺磁共振（EPR）技术和自由基清除实验,揭示了carbon/PS体系非自由基电子转移过程氧化酚类化合物的内在机制。采用简易的电化学分析方法（开路电位法和计时电流法相结合技术）对PDS/CNT体系进行了机理研究,实验结果发现PDS在CNT表面活化能形成具有氧化能力的CNT-PDS*复合体。所形成的复合体通过夺取电子的方式选择性地氧化CNT表面共吸附的酚类化合物。通过PDS/CNT体系与石墨阳极氧化体系的对比可以发现PDS/CNT体系对酚类化合物的选择性主要依赖于CNT-PDS*复合体氧化能力和酚类化合物的氧化电位。（2）氧含量对carbon/PS体系电子转移的影响:本文第三章旨在揭示carbon/PS体系中碳材料结构与有机物电子转移速率的内在关系。通过高温退火制备了一系列表面氧含量不同的碳纳米管。猝灭实验和开路电位结果表明,经过高温退火后,PDS/CNT体系能强化电子转移过程,进而提高苯酚的氧化速率。通过构建QSARs以及Tafel方程拟合,揭示了PDS/CNT体系中电子转移过程氧化有机污染物的反应机制。首先,降低CNT表面含氧量能使其表面在中性溶液中的Zeta电位更正,从而促进PDS在CNT表面吸附,并形成更多的CNT-PDS*复合体。随后,复合体的形成提升了CNT的氧化还原电位使其具有一定的氧化能力。最后,苯酚在CNT表面通过电子转移过程被CNT-PDS*氧化。其中,非自由基氧化速率与复合体电位呈指数关系,这是因为CNT-PDS*的非自由基氧化机理与阳极氧化的类似。（3）氮含量对carbon/PS体系电子转移的影响:本文第四章致力于说明CNT表面的氮元素对PMS和PDS活化有着本质上的区别。在PMS/N-CNT体系中,表面氮掺杂可以显著地提高N-CNT对PMS的吸附量以及N-CNT的复合体电位,从而加速PMS/N-CNT体系的电子转移过程,促进有机物的氧化。相比之下,在PDS/N-CNT体系中,氮掺杂不会影响CNT对PDS的吸附量:即与PDS/CNT体系相比,PDS/N-CNT对有机物的氧化速率均没有明显变化。当N-CNT对PDS和PMS的吸附量相等时,PDS/N-CNT表现出比PMS/N-CNT更强的氧化能力,这是因为PDS的标准还原电位高于PMS。此外,PDS/N-CNT和PMS/N-CNT体系的氧化速率与其复合体电位均具有很好的线性关系,说明N-CNT活化PMS和PDS对有机物的氧化具有相似的电子转移机制。（4）电场对carbon/PS体系电子转移的影响:本文第五章研究了电化学/碳纳米管/过二硫酸盐（E/CNT/PDS）体系对水中含氯有机污染物的降解机理。采用开路电位技术,发现CNT在电场作用可被极化成CNT粒子电极,进而提高CNT催化活性。采用EPR、化学猝灭和阴阳极分室实验,发现电化学/过二硫酸盐/碳纳米管（E/PDS/CNT）体系中对有机物的氧化主要以非自由基和电极表面固相自由基路径。此外,2,4-二氯酚的去除主要通过电子转移过程在CNT表面发生偶联反应,以及阳极氧化和固相自由基的选择性脱氯氧化作用来实现。更重要的是,E/PDS/CNT体系对其他含氯有机污染物（氯贝酸和4-氯酚）也有很好的氧化速率和脱氯效率。通过非金属催化剂的类别、过硫酸盐的投加量与消耗率、活性物种的产生、有机污染物的氧化效果和成本,评价了非金属活化过硫酸盐在水处理技术的适用性与可行性。