饮用水中难降解的微量有机物所造成的污染,是给水处理所面临的主要问题之一。金属催化臭氧化是近些年来发展起来的一种高级氧化技术,它是去除水中难降解有机物的有效方法之一,而高效催化臭氧化催化剂的研制是金属催化臭氧化技术的核心和难点。本项研究以Al2O3为载体,采用浸渍法分别制备Cu、Mn、Fe、Ni、Co等五种金属催化臭氧化催化剂。催化剂活性实验结果表明:Cu系催化剂具有最好的催化效果。在实验研究基础上,进行了催化剂分子设计的初步研究。使用Gaussian03量化计算软件建立了M2O2(M分别为Fe、Mn、Co、Ni、Cu )团簇分子顶位和桥位吸附模型,用密度泛函B3LYP/LANL2DZ方法,对于五种过渡金属催化臭氧化催化剂的氧化物团簇模型,进行了臭氧顶位和桥位吸附方式和吸附途径的研究。计算结果表明:Cu2O2团簇的吸附能最大,从而吸附活性最好,与实验结果相同。价层轨道和外层电子在O3吸附前后的计算结果表明:O-Cu吸附键的形成是由于被吸附点的d电子转移到了吸附点P轨道上,而吸附点P轨道上的极少部分电子反馈到被吸附点的d轨道上。Cu2O2团簇平行、垂直桥位吸附势能面扫描说明: O3分子更加容易垂直桥位吸附在Cu系催化剂上。利用Materials Studio材料计算软件建立了CuO(110)(1×1)层状O3分子垂直吸附模型,PW91密度泛函优化结果表明:臭氧分子吸附后,它的S、P态密度都发生了较大的变化,能带发生连续;被吸附点Cu的d态密度也发生变化,能带范围变小。O-Cu吸附键的形成是O3的S、P与被吸附点的d态重叠和金属上的d电子转移到吸附点的S、P轨道上的结果。这与Gaussian03的计算结果相同。应用典型相关分析筛选择变量,3层(M-N-1)BP人工神经网络方法对臭氧分子垂直、平行桥位吸附在Cu2O2团簇和臭氧分子垂直桥位吸附在Cu4O4团簇上的三种模型分别进行QSAR关系模拟。模拟结果得到BP神经网络期望值和输出值的相关系数都在0.9以上和QSAR关系为BP7-7-1。