近年来,基于硫酸根自由基(SO₄^·-)的水处理高级氧化技术因其氧化效率高、工作p H范围广等优点而备受关注,而如何实现氧化剂如过硫酸盐(PDS)等的高效活化已成为研究热点。过渡金属离子或单质是常用的活化材料,但金属氧化物往往催化效率较低。因此,本文建立一个铁氧化物/PDS/亚硫酸氢盐(HSO₃^-)非均相联用体系,以铁氧化物(Fe_xO_y)作为廉价易得的催化剂,利用其与HSO₃^-、PDS三者之间发生的还原-催化-氧化过程,实现PDS的高效活化,以及典型难降解有机污染物对氯苯酚(4-CP)的协同强化降解,并考察和揭示了溶解氧依赖下基于铁氧化物晶面效应的非均相PDS催化活化机理。主要结果如下:(1)对比性实验结果表明,α-FeOOH/PDS/HSO₃^-体系对4-CP具有明显的协同降解效果。发现体系中SO₄^·-主要通过SO₃^·-转化以及Fe²⁺活化PDS两条路径生成。XPS、ATR-FTIR分析以及DFT计算结果表明HSO₃^-吸附在针铁矿表面,形成界面≡Fe(III)-S(IV)络合体,促进了铁离子的络合或还原溶出,引发了PDS的非均相催化活化过程。并发现α-FeOOH/PDS/HSO₃^-体系中溶解氧具有关键作用,一方面促进界面≡Fe(III)-S(IV)络合体的形成和分解,诱发活化反应;另一方面,促使SO₃^·-向SO₄^·-逐步转化。(2)探究了不同晶型铁氧化物在体系中(Fe_xO_y/PDS/HSO₃^-)的催化性能,其顺序为:Fe₃O₄>α-FeOOH>γ-Fe₂O₃>α-Fe₂O₃,考察了投加量(Fe_xO_y、PDS、HSO₃^-)、初始p H以及反应温度的影响规律。选择磁铁矿和赤铁矿,并结合表征分析及DFT计算进行了铁氧化物催化活性的探究,发现晶面吸附络合HSO₃^-能力的强弱是决定铁氧化物催化活化PDS的关键因素,磁铁矿六面体{110}晶面催化活性明显强于八面体的(311)、(511)晶面,而赤铁矿纳米片{001}晶面的催化活性弱于纳米立方体的(110)、(012)面。并发现{001}面暴露的赤铁矿体系仅发生界面的PDS活化反应;而(311)和(511)面暴露的磁铁矿由于界面吸附络合HSO₃^-的能力极弱,只能依赖于溶出的亚铁均相活化PDS。(3)考察了常见无机阴离子对Fe₃O₄/PDS/HSO₃^-体系降解4-CP的影响规律,发现F^-、SO₄^2-、Cl^-等抑制效果明显,而NO₃^-、HCO₃^-仅在高浓度条件下才会产生轻微抑制。配置了两种不同水质背景下的模拟4-CP废水,进行Fe₃O₄/PDS/HSO₃^-体系的连续流柱式反应器处理研究。结果表明,进水中的PDS及HSO₃^-可在Fe₃O₄界面及溶液中发生催化氧化反应,SO₄^·-的快速生成及4-CP的高效降解,但运行24小时后4-CP的降解效果将逐步衰减。进而考察了连续流柱式反应器长期运行处理模拟4-CP废水(脱硫废水背景),发现4-CP的去除效果明显受到抑制(~40%),但连续运行213.5小时后,4-CP的降解率仍可达到20%左右,说明Fe₃O₄/PDS/HSO₃^-体系应用于高盐废水具备一定程度的可行性。