水资源是人类赖以生存和发展的物质基础,一切人类活动都离不开水。但是人口的迅速增长和工农业城市的高速发展,大量的生活垃圾和工业废料直接排入水中,造成水体的严重污染,尤其是染料工业排放的染料废水已经成为重中之重的问题。染料废水的排放对环境产生严重的影响,染料废水不仅毒性大,而且很多具有致癌性,它的存在会严重影响水生生物的生长,进而影响人类的健康。由于染料的生产过程和结构比较复杂,因此,采取有效的措施对染料废水进行治理已经成为亟待解决的重要问题。Fenton技术作为治理染料废水最有前景的高级氧化技术之一,具有快速高效、设备简单、成本低和技术要求不高等优点,但均相Fenton技术体系存在明显的缺陷,即反应条件偏酸性,且反应终止后有大量的铁淤泥产生,加大了污泥的处理难度,同时Fe3+的存在增加了废水出水的色度,形成了二次污染等,因此,大量研究者将铁源固定在特定的载体上制备成固体催化剂参与反应,开发了非均相Fenton技术,不但保留了均相Fenton氧化法的高效性,同时克服了均相Fenton氧化法的缺陷。因此,在非均相Fenton催化氧化反应体系中,选择既能耐受羟基自由基又能提高催化活性的载体材料是非均相Fenton催化材料的一个重要的研究方向。本论文针对目前均相Fenton氧化技术中存在的技术瓶颈,选择具有质轻、多孔、吸附能力强、比表面积大等特点的硅藻土作为非均相Fenton催化材料的载体,对其进行了热活化处理和酸活化处理后；采用沉淀法将Fe203和Mn02负载在硅藻土上制备了两种硅藻土基非均相Fenton催化材料,通过X射线粉晶衍射、场发射扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱等分析方法对其进行结构表征,探讨了催化材料制备机理；通过改变硅藻土催化材料的制备条件,探究了其结构的微观变化,同时以罗丹明B作为染料废水检验催化材料的催化性能,考察了pH、催化剂投加量、H202投加量、染料初始浓度和反应温度等因素对染料废水催化氧化速率的影响。本论文的创新点如下：(1)利用硅藻土具有质轻、多孔、吸附能力强、比表面积大等特点,选择硅藻土为载体,采用沉淀法将Fe203颗粒负载到硅藻土表面,制备了一种新型的非均相Fenton催化材料,能够在中性条件下高效催化H202降解染料废水,开拓了硅藻土作为非均相Fenton催化剂载体在治理染料废水领域的新方向。(2)在制备硅藻土负载Fe2O3催化材料的基础上,同时引入Fe2O3和MnO2开发了一种新型双组分的非均相Fenton催化材料,其协同催化效应能够发挥更加高效、快速、稳定的催化性能,根据材料结构性能与催化降解实验结果探讨了协同催化机理,为非均相Fenton技术在染料废水处理方面提供新的思路。本论文主要得到以下结论：(1)本论文对天然硅藻土进行了矿物学研究。实验所选硅藻土为吉林长白硅藻土,Si02含量为83.70%,主要杂质为粘土矿物白云母、含铁矿物赤铁矿和有机质等；通过场发射扫描电镜对天然硅藻土进行形貌观察,硅藻土中的硅藻壳体以圆盘藻为主,还含有少量直链藻,硅藻壳体基本完整,壳体表面存在大量规则的孔道,孔径为0.1.-0.5μm,但硅藻壳体外壁粘附着大量粘土类杂质矿物,大量杂质呈矿泥的形式覆盖了硅藻壳体表面,形成了一层腹膜,堵塞了大部分的孔道。(2)针对天然硅藻土本身存在的杂质和结构缺陷,采用焙烧法和酸浸法对天然硅藻土进行提纯及表面活化,重点研究了焙烧温度和酸浓度对天然硅藻土的结构、形貌以及表面性能的影响。提纯后的硅藻土中SiO2含量为92.06%；焙烧法除去了天然硅藻土中的有机杂质,当焙烧温度达到450℃时,硅藻土中有机质能大部分被去除,同时焙烧后硅藻壳体基本能保持完整的圆盘形貌,其结构未遭到破坏,覆盖在硅藻壳体外壁或是孔道中的杂质矿物被去除,部分小孔溶成大孔,孔径增大为0.329 μm,孔容达到0.735 mL/g；酸浸法除去了硅藻土中铁、铝、钙、镁等金属氧化物,白云母、赤铁矿等杂质矿物被成功分离,当HCl溶液浓度达到20%时,Al2O3的溶出率为69.26%,Fe2O3的溶出率27.07%,同时硅藻壳体外壁的杂质能被彻底的清除,孔道结构得到明显的改善,比表面积达到36.56 m2/g。硅藻土的提纯及表面活化疏通了硅藻壳体的孔道,增加内部孔道的面积和活性吸附点的数量,增强硅藻壳体表面活性,更加有利于对染料分子的吸附性能。(3)以提纯后的硅藻土为载体,采用沉淀法将Fe2O3负载在硅藻土上制备得到一种新型的非均相Fenton催化材料。X射线粉晶衍射图谱显示,负载的Fe2O3未改变硅藻土的骨架结构,主要以非晶态的形式密集串联生长在硅藻土外壁；通过场发射扫描电子显微镜观察发现,Fe2O3颗粒主要分布在硅藻土壳体表面的孔道周围,未发现孔道被堵塞现象,孔径仍然能保持400 nm, Fe2O3颗粒界面清晰,只有微许团聚,粒径约为50 nm；借助傅里叶红外光谱和X射线光电子能谱技术分析显示,硅藻土复合材料中的Fe元素以+3价态的Fe2O3的形式负载在硅藻土表面,Fe2O3颗粒在硅藻土表面上是通过Si-O-Fe键结合在一起,而不是吸附作用吸附结合在硅藻土表面。(4)研究了硅藻土负载Fe2O3合材料制备的影响因素。通过改变Fe2O3负载量、Fe3+/NaOH摩尔比例和焙烧温度等制备条件,探究了硅藻土负载Fe2O3复合材料结构的微观变化；同时以罗丹明B作为染料废水检测不同制备条件下复合材料的降解性能,确定了最佳制备条件为Fe3+的添加摩尔浓度为0.02 mol/L, NaOH的添加摩尔浓度为0.06 mol/L,焙烧温度为450℃。(5)研究了硅藻土负载Fe2O3复合材料对罗丹明B的降解性能。讨论了不同反应体系下对罗丹明B的降解实验,结果显示,在光照条件下加入硅藻土负载Fe2O3催化剂和H2O2后,反应120 min后,罗丹明B的脱色率达到98.33%,TOC去除率达到74.91%,罗丹明B的降解效果主要归因于催化剂、H2O2以及可见光照射三者的协同作用；同时对比了相同实验条件下,天然硅藻土对罗丹明B的脱色率仅为37.22%,TOC去除率不到5%,说明硅藻土表面负载的Fe2O3对罗丹明B的降解作用起到非常重要的催化作用；通过改变非均相Fenton反应体系的反应条件,得出硅藻土负载Fe2O3催化剂降解罗丹明B溶液的最佳反应条件为：在罗丹明B初始浓度为50.0 mg/L的溶液中,无需调节溶液pH,催化剂投加量为0.10 g/L、H2O2投加量为5.0 mmol/L、反应温度为25℃时,反应120 min后,罗丹明B的脱色率为98.33%。(6)在制备硅藻土负载Fe2O3非均相Fenton催化材料的基础上,为了发挥Fe/Mn的协同催化效应,采用共沉淀法将Fe2O3/MnO2同时负载在硅藻土上制备得到一种新型双组分的非均相Fenton复合材料。硅藻土负载Fe2O3/MnO2复合材料中,Fe2O3和MnO2都是以非晶态的形式存在的,其中Fe2O3颗粒均匀分散地生长在硅藻壳体表面,粒径小于50 nm；MnO2颗粒呈球形零星分散在硅藻壳体表面,其粒径约为300 nm。借助傅里叶红外光谱和X射线光电子能谱技术分析显示,硅藻土复合材料中Mn元素是以+4价态的MnO2形式负载在硅藻土表面,MnO2颗粒未与硅藻土表面形成化学键,主要是通过吸附作用结合在硅藻土表面。(7)研究了硅藻土负载Fe2O3/MnO2复合材料制备的影响因素。通过改变Fe/Mn摩尔比例和焙烧温度等制备条件,探究了硅藻土负载Fe2O3/MnO2复合材料结构的微观变化；同时以罗丹明B作为染料废水检测不同制备条件下复合材料的降解性能,确定了最佳制备条件为Fe3+的添加摩尔浓度为0.02 mol/L, Mn2+的添加摩尔浓度为0.01 mol/L,焙烧温度为450℃。(8)研究了硅藻土负载Fe2O3/MnO2复合材料对罗丹明B的降解性能。通过对比制备的两种硅藻土基非均相Fenton复合材料对罗丹明B的降解实验,在光照条件下加入硅藻土负载Fe2O3/MnO2催化剂和H202,相同的降解时间内硅藻土负载Fe2O3/MnO2催化剂对罗丹明B的降解脱色率明显高于硅藻土负载Fe203催化剂,只需要反应80min,罗丹明B的脱色率达到99.23%,说明硅藻土负载Fe2O3/MnO2复合材料是一种高效的非均相Fenton催化剂；通过改变非均相Fenton反应体系的反应条件,得出硅藻土负载Fe2O3/MnO2催化剂降解罗丹明B溶液的最佳反应条件为：在罗丹明B初始浓度为50.0 mg/L的溶液中,无需调节溶液pH,催化剂投加量为0.10 g/L、H2O2投加量为5.0 mmol/L、反应温度为25℃时,反应80 min后,罗丹明B的脱色率达到99.23%。以上研究结果表明,利用硅藻土作为非均相Fenton催化材料的载体,既能充分发挥天然矿物材料的卓越性能,又能结合Fenton高级氧化技术,对推动水污染治理起到非常积极的作用,具有良好的发展前景,是解决水环污染问题的有效途径之一,有进一步深入研究的价值。