近年来,铁基材料被广泛用作Fenton催化剂应用于环境修复研究和工程应用诸领域中。然而,一些合成铁基材料由于成本高及其本身制备过程中引起的环境污染问题,在实际应用中难以扩大规模。相比之下,天然铁基矿物不仅廉价易得,并且在Fenton活化过程中也具有很大的潜力,可用于有机污染物的去除。目前,铁基矿物应用于Fenton过程大部分是围绕晶面调控、合成方法等途径来提升纯铁基矿物的Fenton性能,忽略了铁基矿物的形成方式、动态转化过程和伴生矿物的存在对于铁基矿物的Fenton性能的影响,对其形成转化过程及伴生矿物对有机污染物的氧化降解的影响机制尚缺乏深入研究。因此,本论文的主要研究目标为探究铁基矿物的存在状态、形态转变及伴生矿物的存在对其Fenton性能的影响机制。基于此,本研究对铁基矿物的不同存在状态(第二章)、形态转变(第三章)和伴生矿物的存在(第四、五章)三个方面对其Fenton性能的影响展开以下四个体系的研究:一、坡缕石(PAL)表面羟基氧化铁(β-FeOOH)的存在状态对其Fenton性能影响的研究。通过聚多巴胺(PDA)诱导仿生生物矿化制备了坡缕石表面β-FeOOH高度分散的H-β-FeOOH/PAL铁基催化剂。通过与自然沉积的T-β-FeOOH/PAL催化剂相比较,探讨了PDA对β-FeOOH在PAL上的存在状态及对甲硝唑(MTZ)的降解效率的影响。研究结论证实高分散的存在形式显著提升了β-FeOOH的降解效率,MTZ的降解效率提升了4倍以上。通过表面Fe²⁺/Fe³⁺比例论证了高度分散的β-FeOOH暴露了更多的Fe²⁺活性位点,同时PDA加速了Fe³⁺/Fe²⁺循环速率,证实了β-FeOOH的不同存在状态对其Fenton催化性能有重大影响。二、β-FeOOH的形态转变过程对其Fenton性能影响机制。通过高温煅烧H-β-FeOOH/PAL复合材料模拟铁基复合材料的形态转化过程。探究了H-β-FeOOH/PAL?Fe₃C@PAL的转变过程对其Fenton性能的影响。采用X射线衍射仪技术(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)和透射电子显微镜(TEM)等技术手段分析表明,H-β-FeOOH/PAL在750℃、Fe/C=1:2时转化为Fe₃C@PAL结构。通过对表面Fe²⁺的测定证明了转化后的Fe₃C@PAL表面Fe³⁺/Fe²⁺循环效率提升了4.2%。盐酸土霉素(OTC)的降解实验证实了β-FeOOH的形态转变改变了H₂O₂的分解路径,大部分H₂O₂分解为O₂。结果表明,β-FeOOH?Fe₃C的形态转变提升了催化剂表面Fe³⁺/Fe²⁺循环效率,同时也改变了H₂O₂分解路径,90%的H₂O₂通过表面缺陷机制分解为O₂。三、伴生硫铁矿对β-FeOOH及其Fenton性能影响的研究。本章以表面硫化的方式改性β-FeOOH模拟β-FeOOH的伴生硫铁矿(Fe₃S₄@β-FeOOH),并以MTZ为模拟污染物,通过探究Fe₃S₄对β-FeOOH及其降解性能的影响,证实了伴生硫铁矿可以显著提升β-FeOOH的氧化活性,对MTZ的降解速率提升40倍。通过自由基抑制实验及电子自旋共振(ESR),证实了Fe₃S₄@β-FeOOH-H₂O₂体系中活性Fe²⁺的还原是由硫物种(S^2-、S~0和S_n^2-)完成而不是通过Haber-Weiss机制(Fe³⁺+H₂O₂?Fe²⁺+·OOH+H⁺)驱动。更重要的是,本章发现并证实了硫酸根自由基(SO₄^·-)的存在,验证并推断了氧化过程中PMS(HSO₅^-)与SO₄^·-的产生机理及路径。四、伴生铁(氢)氧化物对天然马基诺矿(Fe S)Fenton性能的影响机制。本章选取天然Fe S作为研究对象,探究Fe S中伴生的铁(氢)氧化物对Fe S氧化界面电子传递的影响机制。采用TEM、XRD、穆斯堡尔谱和XPS等表征手段对天然马基诺矿进行分析,结果表明约40%为伴生铁(氢)氧化物。通过对比纯Fe S与天然Fe S对对硝基苯酚(PNP)的氧化效率,探究伴生铁(氢)氧化物对Fe S氧化性能的影响。实验结果表明,天然伴生的铁(氢)氧化物参与了Fe S的Fenton反应并通过界面电子传递作用增强了Fe S的Fenton活性,对PNP的氧化效率提升21%。阐明了伴生铁(氢)氧化物在Fe S氧化降解PNP过程中的电子传递作用。