高级氧化技术是当今水处理技术领域研究的热点,Fenton试剂因操作简单、反应条件温和及氧化效率高等优势而备受关注。铁氧化物催化的多相类Fenton反应能有效地解决传统Fenton反应存在的催化剂难以回收利用、溶液需要酸化及大量污泥产生等问题,从而成为Fenton氧化领域一个新的研究方向。本研究以地球化学环境中丰度最高的金属含硫矿物-黄铁矿(FeS2)为类Fenton催化剂,进行了黄铁矿的表征测试、考察了不同表面形态与来源的黄铁矿促进H2O2氧化去除污染物的性能、研究了FeS2-Fe3+-H2O2的作用机制及络合剂对FeS2/H2O2体系的调控行为,初步揭示了黄铁矿作为高效类Fenton催化剂的反应机制,具体研究工作及主要结果如下:(1)利用XRD、SEM、EDS、TEM、XPS、ICP-AES等手段对不同表面形态及反应前后的黄铁矿进行了表征。研究发现黄铁矿的微观结构较为复杂,有块状、柱状及板块状形态共同存在。天然黄铁矿表面有絮状物质存在,其主要成分可能是铁的硫酸盐类化合物。预处理过程使黄铁矿比表面积大为下降的同时,提高了矿物的纯度和Fe、S的百分含量。BET法测定结果显示,黄铁矿比表面积由处理之前的2m2/g下降至0.36m2/g。TEM图像显示,FeS2结构中无显著地微孔存在。这一现象与其较低的比表面积是一致的。放置在潮湿空气中的黄铁矿会发生表面酸性氧化,其表面絮状物质多少与其置于潮湿空气中的时间长短有关;(2)对天然黄铁矿进行了不同条件下的离子溶出试验。发现黄铁矿表面的絮状物质极易溶出,产生高浓度的Fe2+、Fe3+及SO42-,且溶出的离子浓度与矿的投加量具有很好的线性相关关系。将1g/L天然黄铁矿加入超纯水中,慢速搅拌10min后测得亚铁、总铁、硫酸根离子的浓度分别为26.9mg/L、41.5mg/L和130mg/L。伴随这一过程的还有大量H+的生成,这一现象主要是溶出的铁离子水解的结果;(3)首次将天然黄铁矿用于类Fenton体系,以三氯生和难降解偶氮染料为目标污染物,考察天然黄铁矿的催化活性和影响因素。试验研究发现,天然黄铁矿/H2O2氧化去除污染物具有反应速率快、使用试剂少及适应pH范围广等优点。在天然黄铁矿用量为0.1g/L,H2O2浓度为5mg/L的条件下,反应10min后,初始浓度为10mg/L的三氯生去除率达90%以上。当矿投加量为0.3g/L、H2O2浓度为10mg/L、目标污染物初始浓度50mg/L、初始pH位于7~8之间时,反应1min后,活性黑5和酸性大红GR去除率均高达90%以上。在H2O2浓度为26.6mg/L、天然黄铁矿用量1g/L、溶液初始pH值为6.4的条件下,反应2min后,初始浓度为50mg/L的阳离子红X-GRL溶液脱色率达95%左右。天然黄铁矿引发的类Fenton反应具有很广泛的pH适用范围。在其它条件一样的情况下,溶液初始pH为2、4、6、8、10的体系中天然黄铁矿/H2O2对三氯生的去除率分别为79.4%、90.8%、82.8%、85.6%和75.2%。黄铁矿溶解过程中溶出的铁离子与H2O2发生均相Fenton反应产生氧化性物种对于污染物在天然黄铁矿/H2O2体系中的快速去除具有重要作用;使用化学分子探针对产生的氧化性中间产物进行研究时发现,天然黄铁矿/H2O2体系中有羟自由基产生,且产生量受H2O2浓度的影响;(4)较为系统地考察了酸洗黄铁矿-(FeS2)促进H2O2氧化污染物的活性与影响因素,探讨了络合剂对FeS2/H2O2体系的影响与机制。发现FeS2具有较高的类Fenton反应活性且H2O2浓度、FeS2投加量、溶液初始pH值及污染物初始浓度等多种因素都会对FeS2/H2O2的氧化活性产生影响。在2g/LFeS2投加量,97mMH2O2,溶液初始pH6.4的条件下,反应3h后初始浓度为96.69mg/L的双氯芬酸去除率达88.1%。在1g/LFeS2投加量、4.85mMH2O2,pH6.5的条件下,反应70min后有85%左右的初始浓度为5mg/L的氯霉素得以被氧化。高浓度双氯芬酸(初始浓度约96mg/L)在FeS2/H2O2体系中的去除遵循零级反应动力学定律。在污染物的去除上,FeS2/H2O2体系的氧化活性要远高于Fe3O4/H2O2。同样在0.5g/L矿投加量,10mMH2O2存在的情况下,前者去除68.4%的初始浓度为1mg/L的双氯芬酸只需60min,而后一体系反应进行180min后,双氯芬酸仍只去除13.5%;(5)研究了FeS2促进H2O2分解的机理、动力学及Fe3+的影响机制。通过考察污染物的去除率,发现FeS2/H2O2体系存在明显的自催化作用,这一作用主要由FeS2氧化产生的Fe3+引起。污染物在FeS2/H2O2体系中的去除受不同反应机理的控制。具体包括反应初期的表面反应机理和后期的均相反应机理。本研究揭示了不同形态黄铁矿促进H2O2氧化降解污染物的作用机制,成功的发现与证明了FeS2/H2O2类Fenton体系中Fe3+引起的自催化作用,探讨了络合剂对该多相反应体系的调控效果与机理,证明天然黄铁矿对于H2O2催化氧化具有较高的活性,是一类高效的类Fenton催化剂,为新型高效低耗多相类Fenton催化氧化技术的开发与应用奠定了理论基础。