基于硫酸根自由基的高级氧化技术是近年来发展以来的一项利用活性自由基去降解和矿化污染物的技术,它的很多优点使得它无论是在土壤还是水体的污染物去除应用中前景广阔。现阶段的高级氧化技术主要集中在实验室研究阶段,距离实际工业应用还有较长的路要走。所以有关高级氧化反应设备的研究以及高效催化氧化体系等研究需要进一步深入,这些问题的解决有助于将基于硫酸根自由基的高级氧化技术推广应用到实际工业废水处理中,改善水污染现状。本研究集中在两个方面:一是对高级氧化反应器的设计和应用研究;二是对新型高效高级氧化技术的探索。首先是对高级氧化反应器的设计和应用研究。以偶氮染料橙黄G(OG)为目标污染物,以双向流内循环式高级氧化反应器作为催化氧化反应进行的环境,分别研究柠檬酸络合亚铁催化过硫酸盐(Persulfate,以下简称PS)体系和未络合体系对橙黄G的降解。PS/CA/Fe2+体系中,络合剂柠檬酸能够与Fe2+形成溶于水的络合物,防止亚铁的瞬时大量释放,延长了亚铁的催化作用,使得亚铁的催化性能更持续,产生更多的硫酸根自由基。双向流内循环式PS高级氧化反应器的最佳运行条件为:水力停留时间HRT=2h,药剂最佳投加配比为络合配比[PS]:[CA]:[Fe2+]:[OG]=10:5:5:1。而且,在双向流内循环式PS高级氧化反应器中的内循环结构和二次加药装置能够实现以下目的:催化剂的迅速分散以控制其在反应趋于内浓度均匀且适当,减少反应器内亚铁的局部过量,提高亚铁的利用率;增加PS的分解,从而提高PS的有效利用率,节约了运行成本。而后为了探索新型高效高级氧化技术,重点研究了负载型颗粒活性炭催化PS体系(Fe/GAC/PS体系)和双催化剂活化PS体系(ZVI/Cu O/PS体系)这两种体系。在负载型颗粒活性炭催化PS体系中,降解反应特点如下:常温常压下,降解速率随着p H的升高而降低,随着催化剂和氧化剂浓度的上升而上升,上升到一定程度后反应趋于平稳态。在p H=5条件下反应2 h后OG降解率达到99%,且矿化率最高。负载活性炭作为一种催化剂,可以重复使用多次,随着使用次数的增加,催化能力逐渐降低,降低原因主要是催化剂被腐蚀,活性位点被污染物及其中间产物占据及铁离子流失等因素导致。化学分子探针实验显示负载活性炭催化PS反应产生的活性物种为SO4-?和OH?。Fe/GAC/PS体系中,负载活性炭表面的官能基团催化PS产生活性自由基;活性炭表面负载的铁氧化物也能够起到活化作用,同时,溶出的亚铁离子也能均相催化PS产生硫酸根自由基,共同作用产生SO4-?和OH?协同降解有机污染物。随后对双催化剂活化PS氧化橙黄G进行了研究,ZVI/Cu O/PS体系的特点体现在:双催化剂体系的ORP要高于Cu O/PS、ZVI/PS、ZVI/Cu O体系,证明了其氧化分解能力要更强;ZVI/Cu O/PS体系中溶解铁和Fe2+浓度随着反应的进行不断增加,达到一定值之后趋于稳定,Cu2+在反应过程中也有浸出,2h达到1.808mg/L。双催化剂体系活化PS降解OG的最佳条件为:[ZVI]0=0.1 g/L,[Cu O]0=0.1 g/L,[PS]0=2 mmol/L。ZVI/Cu O/PS体系中反应前后催化剂表面形貌特征由初始的光滑表面经由多孔结构最终变为点棒状结构。由XRD初步确定反应前的催化剂组成成分为Fe0,Cu O,Cu3O4,Fe2O3和Fe3O4;经过与PS的催化氧化反应,催化剂的主要成分变为Fe0,Cu O和Fe3O4。ZVI/Cu O/PS体系降解橙黄G的主要反应机制为非均相催化和均相催化的共同活化:(1)双金属催化剂对橙黄G的吸附;(2)ZVI和Cu O活化PS产生硫酸根自由基;(3)Fe2+和Cu2+活化PS产生硫酸根自由基;(4)硫酸根自由基转化为羟基自由基,两种自由基协同进攻污染物。为了进一步研究ZVI/Cu O/PS体系对OG的降解机理。结合之前的研究,加上GC-MS检测分析降解的中间产物,推测两种体系降解OG的主要降解途径为:芳香环被水解产生苯酚取代物、芳香族化合物;偶氮键氧化断裂生成羟基芳香胺;随着反应进行氧化成为苯胺以及甲苯等苯系物,最后均降解成其他小分子酸的化合物直至矿化为CO2和H2O。最后研究了阴离子对于两种体系降解橙黄G的影响:氯离子的抑制作用强于硝酸根离子;两种阴离子均降低了PS的有效利用率,且阴离子对于高级氧化体系的影响程度取决于离子种类和体系形式。