催化湿式氧化(CWAO)是一种有效的处理工业废水手段,尤其在针对高毒性含酚废水方面,可以解决生物法难以应对的问题。稀土金属氧化物CeO2在CWAO处理苯酚的应用较为普遍,可以作为活性中心、助剂、载体。由于苯酚的降解是在水中进行,水对催化剂的影响至关重要。理论计算发现,CeO2表面的缺陷有助于产生较为稳定的羟基。然而,这方面的研究仅处于理论方面,在CWAO处理苯酚领域更没有进行过相关的研究。因此,本论文以此为突破口,重点研究了铈基催化剂的结构与表面性质对CWAO处理苯酚的影响。首先,基于目前对CeO2催化剂在苯酚氧化领域的认识,通过水热法合成了具备不同表面氧缺陷的纳米棒状、立方体CeO2催化剂,旨在研究表面氧缺陷对苯酚催化湿式氧化的影响。研究发现,具备更多表面氧缺陷的纳米棒状CeO2可以更有效地降解苯酚。通过TEM、XPS、TPR等表征手段证明表面氧缺陷有助于促进Ce4+和Ce3+之间的转换,提高催化剂的氧化还原能力,使催化剂的表面氧化能力更强。为进一步研究CeO2催化剂表面氧缺陷对苯酚催化湿式氧化的影响,本文对纳米棒状CeO2进行了后续处理,制备出含有不同氧缺陷和Ce3+含量的催化剂。研究发现H2O2超声处理可以溶解CeO2催化剂表面的Ce3+,增加表面Ce3+浓度,降低CeO2的禁带宽度,并生成更多的氧缺陷。大量的氧缺陷团簇又提升了表面氧的移动性,促进催化剂表面Ce4+和Ce3+之间的转换,降低催化剂表面还原温度,提升催化剂表面氧化能力。同时,H2O2超声处理后的纳米棒状CeO2表面羟基含量也有所增加,进一步提高了催化剂的氧化性能。不同方法处理后的纳米棒状CeO2对苯酚催化湿式氧化也有不同的活性。结合XPS和活性数据可以发现随着催化剂Ce3+的增加,苯酚氧化的活性也在增加。经过H2O2超声处理后的纳米棒状CeO2含有最高的Ce3+比例,其催化活性也最高。CeO2的掺杂是另一种制造氧缺陷的手段,同时还增加了双金属相互作用,从根本提高催化剂的效率。研究了向纳米CeO2中掺杂Mn元素,合成了纳米棒状和立方体MnOx-CeO2催化剂。结果显示,纳米棒状MnOx-CeO2催化剂拥有更多的表面氧缺陷,提高了催化剂表面的氧化还原能力,并产生了更多的活性氧物种。同时,还发现纳米棒状比纳米立方体MnOx-CeO2形成的固溶体更均匀,有更多的Mn进入Ce的晶格中,说明纳米棒状MnOx-CeO2催化剂形成了更多的-Mn-O-Ce-键和Mn/Ce界面,从而导致了完全不同Mn/Ce电子传递。除此之外,纳米棒状MnOx-CeO2催化剂表面有较多的Mn4+,而纳米立方体MnOx-CeO2催化剂以Mn2+为主。这些特性使纳米棒状MnOx-CeO2催化剂可以更有效地将苯酚及其中间产物完全氧化。催化剂的失活是苯酚催化湿式氧化中所面临最大的挑战。研究发现上述CeO2和MnOx-CeO2催化剂虽然具备较高的催化氧化活性,但在反复使用后活性减少明显。因此,本文通过水热浸渍法合成了一种新型的Pt/CeO2-TiO2催化剂。研究发现,不同的Ce含量会直接影响催化剂的活性和稳定性。当Ce含量为3 wt.%时,Pt/CeO2-TiO2催化剂的活性最高,且在反应5次后依然保持91%的TOC转化率。对催化剂进行表征后发现,当Ce含量为3 wt.%时,Pt的纳米颗粒粒径最小,提高了贵金属Pt的利用率,同时还增加了催化剂的氧化能力。另外,还发现Pt/CeO2-TiO2催化剂体相Ce4+还原温度随着Ce含量的增加而增加,有明显的趋势。说明不同的Ce含量可导致不同的晶格氧移动性,而Ce含量为3 wt.%时,晶格氧的移动性能最为适宜,不但可以保证足够的氧传递,还可以避免Pt的过氧化。另外,元素分析还证明Ce含量为3 wt.%时催化剂表面积碳量最低,降低了活性中心被覆盖的几率,从而导致了高稳定性。