水体有机污染的治理是环境领域的重大课题之一。近年来,过硫酸盐高级氧化技术由于氧化还原能力强,成本较低,易于操作等诸多优势在高效降解有机物方面展现了巨大的潜力。提升该技术效率的关键在于催化剂的选择,其中碳基材料受到了广泛关注。然而,碳基材料活化过硫酸盐的相关机制,如活化路径、活性位点等仍存在较多争议,这阻碍了它的进一步发展。碳材料的催化性能和可重复利用性也有待进一步提升。开发高催化活性的新型碳基材料对于促进该领域的发展,以及更好地实现水体有机污染的去除都有重要意义。因此本文针对新型碳基材料活化过二硫酸盐（PS）技术的开发和其相关机理的探讨展开了一系列工作,分别从纯碳材料,氮掺杂碳材料以及碳材料与金属氧化物复合三个方面全面考察了不同材料对PS的活化效果和相应机理,并结合密度泛函理论（DFT）对不同体系中的活性位点和界面作用进行了深入的探讨和分析。本研究可为新型碳基功能材料的制备及应用提供新的方法和思路,为PS的活化机制提供理论支撑,同时也为将来PS高级氧化技术的实际应用提供参考和依据。主要研究成果如下:（1）有序介孔碳CMK-3可以高效活化PS,在20 min内对200 mg/L的2,4-二氯苯酚（2,4-D）的去除率可达90%,且对实际制药废水的处理也有很好的效果。CMK-3由于具有高比表面积所以能与PS和污染物充分接触,加速电子转移。吸附量越大,越有利于PS的活化和后续污染物的降解。材料表面的缺陷位点和官能团（尤其是C-OH）可能充当反应的活性位点。中间产物的覆盖、缺陷位点的减少以及官能团的变化是导致CMK-3使用后部分失活的原因。与传统PS活化体系不同,CMK-3/PS体系中同时存在自由基和非自由基氧化过程,其中由直接电子传递实现污染物降解的非自由基途径起主导作用,而自由基途径主要起到加速反应进行的作用。在自由基路径中,SO4·-,O2·-和·OH均有参与反应,但·OH的贡献占主导。CMK-3在反应过程中可以充当电子介导体的作用。（2）以芝麻秸秆的不同部位为原料制备的一系列生物炭中,与芝麻杆和芝麻穗相比,芝麻茎芯在800℃下煅烧得到的生物炭（SC-800）具有最高的比表面积（617.53 m2/g）、丰富疏松的孔径结构和含氧官能团,因而展现了最好的催化活性。在180 min内对苯酚（15 mg/L）的去除率达到93%。SC-800/PS体系抗干扰能力较强,溶液中阴离子对它的影响很小,且适用的pH范围很广（pH 3～11）。SC-800的可重复利用性不强,但可以通过退火煅烧恢复部分活性。其中,中间产物的吸附是导致失活的主要原因。含氧官能团,尤其是C-OH与苯酚的吸附和降解速率均有良好的线性关系,因而被认为是SC-800活化PS的主要活性位点。反应过程中生成了SO4·-、·OH、O2·-和1O2,其中O2·-充当形成1O2的中间体。由1O2引导的非自由基路径在苯酚的降解中占主导地位,而·OH主导的自由基氧化过程也有参与。此外,SC-800在天然水体中对苯酚以及多种有机物均有很好的降解效果。（3）充分利用再造纸毛细作用的特征,以HCO3-作为络合连接体,尿素为氮源可以成功合成低成本高PS催化活性的氮掺杂生物炭。HCO3-的腐蚀和络合作用对提升材料的比表面积和导电能力起到了非常关键的作用,有助于氮元素的成功掺杂并提升材料催化性能。而毛细作用特性的利用避免了再造纸自身的孔隙在氮掺杂过程中被过度堵塞,从而使得催化性能提高。材料煅烧温度对催化性能影响不太大。但催化反应条件对性能有显著影响,污染物去除率随生物炭用量和PS用量的增加而增加,且在中性条件下反应速率较快,过酸或过碱都会使得催化性能降低。氮掺杂生物炭活化PS对多种污染物都具有较好的去除效果,且其催化性能强于多壁碳纳米管和氧化石墨烯,具有很好的应用前景。在污染物的去除中,碳骨架起到了主要催化作用,且碳骨架边缘具有C-OH官能团和吡啶氮缺陷部位可以充当活化PS的活性位点。·OH主导的自由基途径对2,4-D的降解起主要作用,1O2和SO4·-也有参与但贡献较小。（4）采用先水热后煅烧的方法合成了具有纳米立方体结构的碳包裹Mn3O4复合材料（Mn3O4/C）,并可有效活化PS实现2,4-D的降解。通过改变煅烧温度和前驱体比例可以调节Mn3O4/C材料的组成成分并改变催化性能。在400℃,前驱体比例（葡萄糖/KMnO4）为0.5的条件下制备的材料具有最好的催化性能,140min内对2,4-D（100 mg/L）的去除率达95%。由于外部包裹的碳层保护了内部的Mn3O4免受侵蚀,材料具有很好的重复使用性,经过四次使用后去除率仍可达92%。除PS外,该催化剂对过一硫酸盐（PMS）也有很好的活化效果,且对多种有机污染物都展现很好的去除效果。Mn3O4/C复合材料不仅充当活化PS的催化剂还可以充当电子介导体加速电子传递。含有C-OH基团的碳层缺陷边缘可以作为PS活化的活性位点。2,4-D的降解过程主要涉及自由基(SO4·-和·OH)和非自由基（1O2）氧化过程,其中·OH起主导作用。（5）借助DFT计算发现在碳基材料活化PS过程中,PS会逐渐靠近催化剂表面对应的位点,从碳层中得到电子使得O-O键被逐渐弱化,直至跨过能垒达到过渡态实现完全的活化,其后体系能量迅速降低。PS活化过程为放热反应。且PS与碳层之间主要通过范德华作用实现吸附。含氧官能团可以有效弱化O-O键,加强PS与碳层之间的相互作用和电子转移,显著降低反应所需的活化能。其中C-OH官能团的活性最高,活化能为9.478 kcal/mol,且它与PS之间的氢键有利于加强PS与碳层之间的相互作用。N的掺杂可以将反应所需的活化能降低为未掺杂时的一半,从而使得PS的活化更容易进行。在吡咯N、吡啶N和石墨N三种N掺杂位点中吡啶N活性最高,对应活化能为4.593 kcal/mol。而Mn3O4/C复合材料中最活跃的活性位点为碳层上缺陷位置处的C-OH官能团。它在弱化O-O键实现PS的活化中起主要作用而Mn3O4可以加强这一过程。Mn3O4还可以加强C-OH基团与PS之间的相互作用以及PS与碳层间的电子传递,从而提升复合材料的催化活性。