高级氧化法是深度处理工业有机污水的常用技术之一,其中催化臭氧氧化技术具有反应快、无选择性和无二次污染的优势,近年来受到了科研及工业界的广泛关注。本文面向工业有机污水处理,以研发高效异相臭氧氧化催化剂为目标,通过对前人相关研究工作的充分调研,选择锰基材料为研究对象,分别利用共沉淀、溶胶-凝胶和喷雾干燥等三种合成方法,制备了数种锰基臭氧氧化催化剂,并针对材料结构调控机理及构效关系,进行了较为深入的探索。在第三章中,我们讨论了制备碱土金属水锰矿的方法与过程,所得样品记为A(Mg,Ca,Ba)MnxOy,用于催化臭氧氧化降解高浓度的酚类模拟废水。代表性材料CaMnxOy是由结晶纳米棒组成,具有丰富多级孔的球形结构、Mn4+和Mn3+的混合价态和丰富的表面羟基基团(OH)。臭氧在CaMnxOy上的分解速率大大提高,并且遵循一级反应。它们对催化臭氧氧化降解水中酚类物质具有优异的性能,反应速率遵循伪一级降解动力学,最终得到高的总有机碳(TOC)去除率和极佳的稳定性。在最佳的反应条件下(低的臭氧投加量1.5 mg/min、催化剂的投加量7.5 g/L),不同苯酚初始浓度(50～240 mg/L),一个小时内,CaMnxOy催化剂可100%去除水中苯酚,对水中TOC的去除高达50～70%。Ca2+有利于样品中生成更多的氧化还原电对Mn4+/Mn3+和显著减少锰离子的渗出。高的表面Mn4+/Mn3+和OH/晶格氧(Olat)占比有助于提高催化臭氧氧化性能。我们通过在实验过程中添加自由基捕获剂的方式,探究过程中的催化臭氧氧化机理,发现催化剂催化臭氧分解主要产生超氧阴离子自由基(·02-)和单线态氧(1O2)两种自由基物种,并据此提出了·O2-可能的反应路径,其中,催化剂表面的羟基为促进臭氧分解的活性位点,臭氧分解产生的·O2-和1O2在氧化过程中起着重要作用。氧化还原电对Mn4+/Mn3+和Olat/晶格氧(Olat/Ovae)在电子转移方面起到了重要的作用。在第四章中,我们采用溶胶凝胶法,制备负载在二氧化钛上的锰基催化剂,考察该催化剂对催化臭氧氧化是否有促进作用,并探究了不同的制备条件对材料性能的影响。所得材料样品在催化臭氧氧化有机物方面,具有较好的催化性能,其中,原子比为2%Mn-Ti02催化性能最优,对水中TOC的去除率高达75%,且锰的渗出量较少,为0.18ppm。通过电子自旋共振(ESR)技术,以纯水为反应溶剂时,测出了超氧阴离子自由基,随着反应时间的延长,超氧阴离子自由基的峰消失,与之同时时间的单线态氧的峰出现,且峰的强度在增强。当以有机物水溶液为媒介时,出现了羟基自由基,溶液体系里同时存在单线态氧。通过对反应前后材料的XPS分析可知,反应之后的催化剂羟基和四价锰含量增大。基于所得数据分析,催化过程中羟基自由基(·OH)、·O2-和1O2是主要的的活性自由基;氧化还原电对Mn4+/Mn3+和Olat/氧空位(Olat/Ovac)对电子转移起重要作用。在第五章中,我们采用喷雾干燥技术来规模制备负载锰的催化剂材料。首先我们选择无定型氧化铝为主要载体,通过喷雾干燥技术成功制备了将锰负载于无定型氧化铝上的催化剂,所得样品为表面凹陷的中空颗粒,壳层是由纳米粒子堆积组成,颗粒大小约为50 μm,比表面积高达298.3 m2/g。通过调节前驱体中锰盐的含量,制备Mn负载量不同的催化剂样品。所得样品中锰均匀分散在无定型氧化铝上。将该样品应用于催化臭氧氧化降解水中苯酚,在最佳的实验条件下(低的臭氧投加量0.9 mg/min和催化剂的投加量2.5 g/L),苯酚浓度为240 mg/L,水中苯酚的TOC去除率高达62%。对比浸渍法制备的催化剂样品,浸渍法所得催化剂催化性能明显较低,并且锰离子渗出也较为严重。