传统芬顿降解技术需要持续向反应体系中加入亚铁离子,降解过程中产生大量的铁污泥,难以循环利用,反应活性会大幅下降,另一方面需要持续向反应体系中加入H₂O₂。异相电芬顿技术有效的解决了铁污泥的沉降,还有可能实现H₂O₂的原位生成,成为降解水中有机污染物的有效途径之一。然而,目前异相电芬顿技术仍然存在着功能单一、催化剂活性低、适用p H范围窄、稳定性差、H₂O₂生成效率低以及能耗高等问题。通过改变形貌结构或与其它金属复合等方法可以调节催化剂的活性及稳定性,有望提高铁基异相电芬顿催化剂的污染物降解性能,增强催化剂在不同p H环境下的耐受性和重复使用的稳定性。基于以上考虑,本论文从调控催化剂的孔道结构、金属复合比例、渗碳层厚度和热分解温度入手,通过引入MOFs框架、核壳结构、渗碳体以及光照协同等手段改善铁基电催化材料的降解性能,具体研究的内容如下:(1)以对苯二甲酸作为有机配体,三价铁作为中心金属,采用溶剂热法制备了MIL-53(Fe)/碳毡催化剂,MOFs材料大的比表面积和丰富的孔道结构可以高效吸附水中污染物,改变有机配体与中心金属的比例可调控MOFs材料的比表面积,大的比表面积能提高污染物的降解速度。测试结果表明所合成的MIL-53(Fe)/碳毡-1催化剂能实现27.7%的静态饱和吸附量,在酸性条件下该催化剂在80分钟内达到99.9%的降解率,并且经过5次循环测试后,第五次的降解性能仍保持初次降解性能的90%。(2)以葡萄糖为碳源通过水热、热解两步过程,合成了一种空心管状结构的碳包覆的铜耦合铁/碳化三铁催化剂,调整铁/铜投料比和碳热还原温度可调控催化剂中金属比例和渗碳层厚度。实验结果表明,该催化剂在酸性、中性和碱性环境下都表现出很好的耐用性和催化活性,30分钟实现99%的降解率和85.3%的矿化率。通过旋转环盘电极测试,确定该催化剂的平均电子转移数为2.5,具有很高的两电子氧还原选择性,其H₂O₂产率达高达87%。本章最后,以碳包覆的铜耦合铁/碳化三铁催化电极作为阴极、硼掺杂金刚石(BDD)作为阳极组成两电极系统,对某白酒厂窖底废水(BOD=50000 mg L^-1,BOD₅/COD=0.129)进行降解实验。反应过程中阴极产生大量·OH,与阳极氧化协同作用有效降低体系能耗、明显提高污染物去除效率,且相比于传统工艺,在缩短处理时间和降低成本上都有巨大优势,相比于传统单独使用BDD作为阳极的电极组节能14.3%。(3)通过置换、氧化、热分解三步设计合成了氧化亚铜-泡沫铁复合异相电芬顿电极用于光电协同降解污染物,使用不同的形貌调节剂能获得表面形貌不同的催化剂。实验结果表明,氧化亚铜具有特殊的电子结构,在光照的条件下可以产生自由基,并且与铜的类芬顿反应协同作用,加速污染物的降解效率,减少电能消耗,以六次甲基四胺作为形貌调节剂时,得到的表面形貌为片状多级网络结构的氧化亚铜-泡沫铁复合电极具有优异的光电芬顿反应活性,该催化电极在光照条件下对污染物的降解能力相比于黑暗条件下提高了230%,这种光辅助的电催化降解技术,有效减少了电能消耗量,从而降低污染处理成本。