随着医药、化工、印染等行业的蓬勃发展,水体中难降解有机污染物种类和浓度与日俱增,利用单一水处理技术治理出现很多局限性和缺陷,有的已经无法达到国家规定的排放标准。而应用现有的、相对成熟的单元水处理技术优化组合成为耦合水处理技术便成为解决单一技术缺陷的有效途径。其中,以光催化氧化为主体的组合工艺逐渐成为极具应用前景的耦合水处理技术的发展方向。在这类组合工艺中,光催化/Fenton耦合技术因能耗低、能在常温常压下进行,更适合实际工程应用。但该技术在使用过程中仍然存在可见光利用率低、催化剂难回收、反应依赖酸性环境、影响因素及微观作用机制理论依据少等不足。针对上述问题,有必要对现有光催化/Fenton耦合技术进行相应改进,满足当前日益严格的水质排放标准和人们对安全水质环境的迫切需求。本论文从复合催化材料的设计制备及组合工艺的构建两方面着手,对上述耦合技术进行改进,具体实施方式如下:采用可见光响应型光催化剂Ag₃PO₄替换紫外光响应型光催化剂TiO₂,并将Ag₃PO₄与Fe₃O₄/GO复合来提高催化剂的稳定性及循环利用性。采用能够产生SO₄^-·的过硫酸盐（PDS）替换传统Fenton体系中产生·OH的H₂O₂,来延长活性物种的寿命、拓宽体系pH适用范围、提高氧化降解能力。所制备的Ag₃PO₄/Fe₃O₄/GO兼具可见光与PDS双重催化活性,即:在可见光照射下,可作为光催化剂降解污染物;在PDS存在条件下,可作为PDS催化剂降解污染物;在可见光与PDS共存条件下,可作为双效催化剂协同降解污染物。通过该双效催化剂将Ag₃PO₄光催化和PDS催化以非均相催化形式结合构成一个以光催化氧化为主导并有过硫酸盐催化氧化的可见光-过硫酸盐耦合（Vis-PDS）体系。该耦合技术能够有效利用可见光,催化剂易于分离、回收,pH适用范围广,在不同条件下可以通过不同的作用机制发挥高效降解污染物的作用。研究过程中获得以下主要成果:1.以Ag₃PO₄为主体材料,充分利用Fe₃O₄/GO的PDS催化活性、磁回收性、导电性及大比表面积等特性,将二者有机结合成为Ag₃PO₄/Fe₃O₄/GO复合材料。通过多种表征手段对材料的结构信息及组成、形貌、纳米结构、元素及分布、表面元素的氧化态及磁性等理化性质进行鉴定分析;以罗丹明B（RhB）及对氯苯酚（p-CP）为目标污染物,考察了Ag₃PO₄/Fe₃O₄/GO的光催化性能、PDS催化性能及在耦合体系中的增效性。明确了双效催化剂的微观结构与催化性能之间的构-效关系,并以光催化及PDS催化机理为基础,提出了Vis-PDS耦合体系协同降解污染物的微观作用机制。2.探明了Fe₃O₄/GO的引入能够有效增强Ag₃PO₄在可见光区的吸光能力及光催化反应性,且Ag₃PO₄/Fe₃O₄/GO的光催化性能与Fe₃O₄/GO的质量分数有关。Ag₃PO₄/Fe₃O₄/GO的耐热性好、光催化活性及结构稳定性相对较好,光催化反应过程中存在一定程度的光腐蚀现象。基于Ag₃PO₄/Fe₃O₄/GO的光催化体系以h⁺和O₂^-·起主要作用,·OH起次要作用。3.揭示了Ag₃PO₄/Fe₃O₄/GO光催化降解RhB的机理。GO保留了Ag₃PO₄纳米粒子的活性中心,促进了催化剂对有机污染物的高效分解;GO与Ag₃PO₄构建成p/n异质结结构,促进了电荷分离,并延长光生载流子的寿命;Fe₃O₄/GO表面的光生e^-将催化剂表面吸附的O₂还原为O₂^-·,O₂^-·作为氧化剂降解污染物;Ag₃PO₄价带上的h⁺则直接氧化分解污染物,同时还可以将催化剂表面的OH^-和H₂O氧化生成·OH,来降解污染物。4.探明了Ag₃PO₄/Fe₃O₄/GO具有优于Fe₃O₄/GO的PDS催化活性,且催化性能、催化剂的特征基团及分子结构具有较好的稳定性。催化剂材料中的Ag⁺与Fe²⁺共同发挥PDS催化剂的作用,且Ag⁺对PDS的催化作用更显著。Ag₃PO₄/Fe₃O₄/GO催化PDS体系的主要活性基团为SO₄^-·和·OH。5.阐明了基于Ag₃PO₄/Fe₃O₄/GO的Vis-PDS耦合体系通过协同作用有效增强了体系的反应活性,协同系数η_Syn最高达59.8%。Fe₃O₄/GO与Ag₃PO₄的质量比对耦合体系的催化性能有影响,Ag₃PO₄/Fe₃O₄/GO-0.05的协同催化性能最佳。Ag₃PO₄/Fe₃O₄/GO在耦合体系中的活性、表面元素组成及各元素的氧化态在反应前后均比较稳定,催化剂中Ag、Fe元素在整个反应过程中仅有少量流失。6.确定了催化剂用量、初始pH、污染物浓度及PDS浓度等动力学反应参数对三种催化体系的影响,耦合体系的pH范围更加宽泛,PDS用量更少。另外,Vis-PDS耦合体系的运行模式为同时运行时,降解效率最高。常见无机离子对耦合体系的催化性能有不同程度的抑制作用,阴离子抑制作用显著,顺序为:CO₃^2->HCO₃^->NO₃^->SO₄^2-;阳离子Mn²⁺和Mg²⁺抑制作用不明显。7.阐释了h⁺、SO₄^-·、·OH、¹O₂以及O₂^-·五种活性基团在耦合体系降解p-CP过程中起作用,贡献率按照h⁺>SO₄^-·>·OH>¹O₂>O₂^-·排序。在此基础上结合半导体类型、光生e^--h⁺对的分离程度等方面详细阐明耦合体系的增效作用机理;并从化学动力学角度,利用电极电势作为判据,明确耦合体系中Ag²⁺+Fe²⁺→Ag⁺+Fe³⁺反应的正向进行,解释了Ag⁺与Ag²⁺、Fe²⁺与Fe³⁺的循环反应的存在可以有效促进Ag⁺与Fe²⁺的再生,保持催化剂的催化活性及稳定性。探讨了p-CP在耦合体系中的反应限度及矿化率,解析了耦合体系降解p-CP的主要中间产物为2-丁烯酸、对苯醌及癸酸,并对降解途径进行了理论推测。