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氯酚类化合物在人类工业生产和生活中有着不可或缺的位置,它广泛地应用于纺织印染、造纸、印刷、涂料、皮革、农药等行业产品的原料和防腐消毒工艺中。但同样不可避免的,被人类广泛应用的氯酚通过各种途径进入了水体中,目前已在世界各地多个海域、河流、湖泊及底泥沉积物中频繁检出超过安全限值的多种氯酚类化合物,这给水环境带来了潜在的生态风险,同时也对人类的健康构成了潜在的威胁。因此,如何实现水环境中氯酚类化合物的高效去除,成为了国内外科研人员的研究重点。可见光催化技术,由于其反应条件温和、能耗低、无二次污染等优点,被认为是一种降解水中有机污染物的高效、绿色的技术。其中,卤氧化铋作为新型的半导体光催化材料,具有物理化学性质稳定、制备方法温和简单且无毒等优点,因此被广泛地应用于水处理领域内。但目前它仍存在对氯酚类难降解有机物催化效能不佳、改性手段单一等问题,针对这些问题,本研究通过将多种改性策略相结合,设计、制备出高效且经济的二维超薄卤氧化铋基催化剂,进而构建绿色、稳定的可见光催化体系,最终实现水中氯酚类污染物的高效去除。首先,通过将引入氧空位和形成异质结两种改性手段相结合,成功制备了具有大量表面氧空位的二维超薄BiOCl/g-C3N4异质结纳米片,通过调控PVP投加量和溶剂热反应时间,实现了该催化剂的可控制备,并提出了相应的合成机制。在此基础上,研究了该催化剂对多种氯酚类污染物的可见光催化效能,可见光照射120min内,其降解效率均在95%以上。分析原因是由于超薄BiOCl/g-C3N4异质结中氧空位和异质结的协同作用,提高了对可见光吸收能力和光生载流子的分离效率,从而实现了氯酚的有效降解。通过自由基捕获实验证明该体系内起到关键性作用的活性物种是光生空穴和超氧自由基,并提出了催化氧化机制。为了进一步提高氯酚的去除效率,通过将引入氧空位与非金属元素掺杂两种改性手段相结合,以一步溶剂热法快速合成了表面具有大量氧空位的二维超薄硫掺杂BiOBr纳米片。可见光照射120 min内,该体系对多种氯酚类污染物均可达100%的完全去除,同时具有优异的循环稳定性。分析原因是硫元素的掺杂和其表面大量的氧空位的协同作用,形成了中间能级,提高了对可见光的吸收和光生载流子的分离效率。并且,在该体系内,pH、Cl-、SO42-对氯酚去除效率影响微弱;低浓度的腐殖酸对去除效率有一定程度的抑制作用;而HCO3-对去除效率有较大抑制。此外,借助自由基捕获技术,明确了体系内起主要降解作用的活性物质为光生空穴和超氧自由基,并提出了催化氧化机制。为了在更短的时间内获得更高效的降解效率,通过将引入氧空位与引入多种卤素元素形成固溶体两种改性手段相结合,以一步溶剂热法快速合成了一系列具有不同溴碘比的二维超薄BiOBrxI1-x固溶体纳米片,其表面具有大量的氧空位。其中二维超薄BiOBr0.85I0.15可见光催化活性最优,在可见光照射30 min后,多种氯酚类污染物的去除率均在90%以上。机理分析表明二维超薄BiOBrxI1-x固溶体优秀的可见光催化活性来自于氧空位和异质结结构之间存在的协同作用,它们共同调控了能带结构,使该光催化剂既具有较窄的禁带宽度,同时又具有较强的能带氧化还原能力,并且氧空位和异质结还协同提高了光生载流子的分离效率,从而延长了光生载流子寿命,同时提高了可见光催化活性。此外,机理研究还探明了该体系内超氧自由基、光生空穴、单线态氧是降解氯酚的主要活性物种。也正是由于多种活性物种的存在,体系pH值、腐殖酸浓度及氯离子、硫酸根离子浓度对降解效能均没有明显影响。而重碳酸根的浓度仅会产生轻微的抑制作用。该催化剂对于松花江水中的多种氯酚同样具有优异的催化活性,可见光照射30 min内,超过80%以上的氯酚均可被有效降解,说明该催化剂在实际水处理中存在巨大应用潜力。最后,借助液相色谱-质谱技术,对氯酚的降解产物和路径进行了分析。结果表明,在氯酚降解的初步阶段,既包含碳氯单键的断裂后进行羟基化作用,又存在氯酚的直接羟基化过程,这两种途径最终都形成了同样的开环产物顺丁烯二酸,并继续被氧化为小分子物质、水和二氧化碳。