光催化氧化技术是一种潜在的节能、高效、安全的水质净化技术,光催化剂的活性在污染物的降解中发挥着至关重要的作用,开发性能稳定的绿色催化剂是光催化技术能够在水处理中应用的关键。MnO₂具有可见光响应性强、比表面积大、等电点低和价格低廉等优势,是光催化剂的常用组分之一。然而,目前MnO₂基复合光催化剂存在掺杂组分可见光利用率低、氧化还原能力弱和光电流密度低等问题,并且关于水质因素对其光催化性能的影响和光催化作用机制尚不明确。针对以上问题,本研究首先以潜在性能优良的Fe₃O₄和Mn₃O₄作为掺杂组分制备了MnO₂/Fe₃O₄和MnO₂/Mn₃O₄复合光催化剂,并用于可见光催化去除水中的环丙沙星。MnO₂组分的存在有利于增加催化剂的比表面积并降低等电点,促进带正电环丙沙星的去除。可见光照60 min,MnO₂和Fe₃O₄摩尔比为3:1的复合催化剂对环丙沙星的去除率达74.2%,MnO₂和Mn₃O₄摩尔比为5:2的复合催化剂对环丙沙星的去除率高达95.2%。活性物种捕获实验确定超氧自由基、空穴和羟基自由基在MnO₂/Mn₃O₄光催化去除环丙沙星的过程中发挥作用,其中超氧自由基发挥的作用最显著。MnO₂/Mn₃O₄光催化活性增强的主要原因为对可见光的吸收性增强和Z型异质结的形成保持了较高的氧化还原电位。为进一步提高MnO₂基复合光催化剂的光生载流子密度和分离性能,构建了多界面MnO₂/Mn₃O₄/Mn₂O₃异质结光催化剂,通过热重分析确定光催化性能较优的复合催化剂中MnO₂、Mn₂O₃和Mn₃O₄组分的质量分数分别为19.15%、52.47%和23.50%。MnO₂/Mn₃O₄/Mn₂O₃的光催化活性显著增强,在投加量为0.2g/L、可见光照40 min时,环丙沙星的去除率高达95.6%,与MnO₂/Mn₃O₄复合催化剂在光照60 min时的催化效率相当。此外,发现MnO₂/Mn₃O₄/Mn₂O₃具有良好的重复利用性和稳定性。为考察水质因素对MnO₂/Mn₃O₄/Mn₂O₃光催化降解环丙沙星的影响,评估催化剂的潜在实用性,研究了溶液pH、共存阴阳离子和天然有机物对环丙沙星去除率的影响。在中性溶液中MnO₂/Mn₃O₄/Mn₂O₃对环丙沙星的去除效果最佳,比pH为5.5和8.5条件下的去除率分别提高了20.6%和6.6%。共存阳离子主要通过电荷屏蔽效应降低环丙沙星的去除率,溶液中共存Ca²⁺和Mg²⁺对环丙沙星去除的抑制作用大于Na⁺,共存Ca²⁺的负面影响高于Mg²⁺;共存低浓度（5.0μM）的Fe³⁺通过捕获电子促进空穴和含氧自由基的形成,有利于环丙沙星的去除。共存Mn²⁺对环丙沙星的去除影响较小,添加浓度为5.0-15.0μM时环丙沙星的去除率仅降低0.5-3.8%。共存阴离子主要通过电荷屏蔽作用、捕获空穴和羟基自由基引起环丙沙星去除率降低,相同浓度的阴离子抑制作用由强到弱为:SiO₃^2->HCO₃^->HPO₄^2->SO₄^2->Cl^->NO₃^-。腐殖酸可阻碍环丙沙星在催化剂表面吸附并影响光子传递,从而降低其去除效率,当共存腐殖酸浓度为2.0-6.0mg/L时,环丙沙星的去除率下降1.8-8.7%。活性物种捕获实验和电子顺磁共振测试表明超氧自由基和空穴在MnO₂/Mn₃O₄/Mn₂O₃光催化降解环丙沙星的过程中发挥了主要作用。荧光光谱、光电流和电化学阻抗谱分析证明MnO₂/Mn₃O₄/Mn₂O₃复合物中光生载流子的密度和分离效率显著提高。此外,分析了MnO₂/Mn₃O₄/Mn₂O₃光催化降解环丙沙星的中间产物和路径。在可见光照40 min时,环丙沙星分子结构中脱去的氮和氟占其总量的71.9%和55.8%,说明喹啉环遭到破坏。环丙沙星主要产生了m/z为364、362、334、316、306、291、263的中间产物。推测环丙沙星的降解始于活性物种破坏哌嗪环,然后部分m/z为334的产物脱氟产生m/z为316的产物,部分m/z为334的产物通过脱酮基产生m/z为306的产物,随后失去N原子并氧化产生m/z为291的酮基产物,最后产生m/z为263的产物,哌嗪环被完全破坏。综上,本研究以可见光响应强的MnO₂为核心组分,构建了多电子传递路径的MnO₂/Mn₃O₄/Mn₂O₃异质结,显著提高了光生载流子的密度和分离性,从而提高了光催化活性,系统研究了水质因素对环丙沙星去除的影响,提出了环丙沙星可能的降解路径,有利于推动MnO₂基可见光催化剂的研发与应用。