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近年来，水中难降解有机物所引发的水污染问题日益严重，寻求高效、低成本且对环境友好的处理技术是目前水处理领域的迫切需要。光Fenton技术作为高级氧化处理技术的一种，利用体系中产生的羟基自由基(·OH)，能够无选择性地对有机污染物进行深度氧化降解，具有处理效率高、成本相对较低、容易工业化等特点，逐渐成为处理难降解有机物研究的热点。但是传统的光Fenton体系存在着H2O2利用效率不高、狭窄的pH工作范围以及反应结束后会产生大量的含铁污泥，易造成二次污染等缺点，限制了它的实际应用。如何克服传统光Fenton体系所存在的上述缺点，一直是光Fenton研究领域的研究热点。
针对Fenton系统在应用中遇到的瓶颈问题，本研究开发了对可见光响应的三种光催化剂， Fe3O4/羧基碳微球、Fe3O4/N掺杂羧基碳微球和Fe3O4/Bi掺杂羧基碳微球。运用各种分析测试手段，如:SEM、XRD、Raman、FTIR、XPS、紫外-可见漫反射等对催化剂进行表征，研究催化剂的物相、结构、形貌和所含官能团的情况。利用对苯二甲酸光致发光探测技术，探测了三种光催化剂在可见光下，生成羟基自由基的情况。以亚甲基蓝溶液为模型化合物，在可见光下，考察了Fe3O4/羧基碳微球、Fe3O4/N掺杂羧基碳微球和Fe3O4/Bi掺杂羧基碳微球的光催化活性。同时探索了催化剂降解有机污染物时的机理。详细内容归纳如下:
(1) Fe3O4/羧基碳微球可通过水热碳化法一步合成，并且仅需要两种原料，葡萄糖酸钠和作为铁源的FeCl3。在Fe3O4/羧基碳微球的形成过程中，葡萄糖酸钠的不同官能团起到了协同作用。根据SEM、Raman和EDS等的测试分析，Fe3O4/羧基碳微球的形成过程可主要分为了两个阶段，Fe3O4/羧基碳微球的形成以及进一步的碳包覆过程。根据红外光谱和XPS结果分析，通过Fe3O4/羧基碳微球的构建，可实现对羧基和铁离子的同时固化，并且Fe3O4/羧基碳微球中碳层所含的羧基和Fe3O4配位形成了羧酸铁的配合物。利用对苯二甲酸光致发光探测技术，证实了Fe3O4/羧基碳微球可大量生成羟基自由基。在可见光下，Fe3O4/羧基碳微球通过产生的大量羟基自由基，可以迅速降解水中有机物，在4h内对亚甲基蓝的降解率达到了96％。除此之外，实验结束后，Fe3O4/羧基碳微球能够通过外加磁场进行回收。
(2)以Fe3O4/羧基碳微球为前驱体，通过超声反应法制备了Fe3O4/N掺杂羧基碳微球。通过XRD、Raman、SEM、XFS、紫外-可见漫反射等对Fe3O4/N掺杂羧基碳微球进行表征，研究Fe3O4/N掺杂羧基碳微球的物相、形貌、表面官能团以及N元素在Fe3O4/N掺杂羧基碳微球上的掺杂情况。利用对苯二甲酸光致发光探测技术，证实了Fe3O4/N掺杂羧基碳微球可大量生成羟基自由基。可见光下，Fe3O4/N掺杂羧基碳微球对亚甲基蓝降解的降解效率比Fe3O4/羧基碳微球提高了接近一倍。实验结束后，Fe3O4/N掺杂羧基碳微球能够通过外加磁场进行回收。
(3)以Fe3O4/羧基碳微球为前驱体，通过超声反应，成功地将Bi元素掺杂到Fe3O4/羧基碳微球中，合成出了Fe3O4/Bi掺杂羧基碳微球。通过XRD、Raman、SEM、XPS、紫外-可见漫反射等对Fe3O4/Bi掺杂羧基碳微球进行表征，研究Fe3O4/N掺杂羧基碳微球的物相、形貌、表面官能团以及Bi元素在Fe3O4/Bi掺杂羧基碳微球上的掺杂情况。利用对苯二甲酸光致发光探测技术，分别检测以Fe3O4/Bi掺杂羧基碳微球和以Fe3O4/羧基碳微球为催化剂的体系中，所产生的·OH的情况。在基于Fe3O4/Bi掺杂羧基碳微球的Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)和Bi(Ⅲ)/Bi(Ⅳ)双金属催化循环体系中，研究Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)与Bi(Ⅲ)/Bi(Ⅳ)的光催化循环协同作用，研究双金属催化循环协同作用对光催化降解有机污染物的影响。