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当今,水环境不断接纳来自工业、农业和生活产生的各种有机污染物,导致水环境中微量及痕量有机污染物呈现多样性、毒性和持久性等特点。这些有机污染物普遍对常规水处理工艺具有较强的抵抗性,导致它们在水环境中长期累积赋存,从而对生态系统和人体健康构成潜在的危害。本课题提出了以多孔硅SBA-15和KIT-6为硬模板,采用纳米铸造法制备有序介孔金属氧化物,并且将其应用于激活过硫酸氢钾(Peroxymonosulafe,PMS)降解水中典型有机污染物。利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射光谱(XRD)、比表面积测试仪(BET)和X射线光电子能谱(XPS)等方法对有序介孔金属氧化物进行了系统表征。通过建立反应动力学模型评估有序介孔金属氧化物的催化性能,研究不同背景条件对催化性能的影响,系统探索催化反应机理,并从稳定性、回用性等方面对有序介孔金属氧化物的应用前景进行评估。研究发现,采用有序介孔硅SBA-15和KIT-6为模板制备的有序介孔Co3O4对PMS具有良好的催化活性,不同Co3O4对PMS的催化性能遵循如下规律:Co3O4-KIT6>Co3O4-SBA15>nano-Co3O4。优异的催化性能源于其多个独特特征的结合,包括巨大的比表面积,丰富的孔容,较高的Co2+含量和较高的表面活性部位密度。一些关键因素控制着氯霉素的降解,较高的催化剂投加量,较高的PMS浓度,中性pH条件和较高的反应温度有利于氯霉素的去除。溶液中M2+/M3+,O2-/O2和PMS分解三者之间的平衡确保了反应系统中活性自由基的不断产生,而硫酸根自由基对有机污染物的去除起主导作用。考虑到其优异的催化性能、优良的回用性和长效稳定性,有序介孔Co3O4在环境应用方面可作为一种理想的催化剂。铁掺杂有序介孔Co3O4具备超顺磁性,并且减少金属离子尤其是钴离子的溶出。此外,随着铁掺杂量的增加,有序介孔结构受到一定程度破坏。相较于有序介孔Co3O4,所制备的有序介孔Co3O4/CoFe2O4对PMS的催化活性有所降低,但是仍然高于尖晶石型CoFe2O4和Co3O4。随着铁掺杂量的增加,有序介孔Co3O4/CoFe2O4的催化活性降低。当pH=9时能够得到最佳的催化效果;低浓度的Cl-抑制环丙沙星的降解,高浓度Cl-可促进环丙沙星的去除;而HCO3-对环丙沙星的影响则呈现出与Cl-完全相反的规律。有序介孔Co3O4/CoFe2O4具有很好的稳定性,可通过外加磁场方便地回收重复使用,并能够保持较高的催化活性。环丙沙星分子结构中的环胺基团易于受到SO4-·的攻击,而喹诺酮基团中的主体环状结构相对比较稳定。以KIT-6为硬模板制备的有序介孔MnFe2O4对PMS的催化活性远胜尖晶石型MnFe2O4,这主要归功于其独特的结构特征。数据拟合表明,所有条件下橙Ⅱ的降解均可用拟一级动力学模型进行描述。有序介孔Mn Fe2O4在pH值5~9的范围内表现出优异且稳定的催化活性。增加催化剂投加量和反应温度有利于增强催化活性。然而,随着PMS浓度的增加,橙Ⅱ的降解呈现出先加快后减慢的变化趋势。经过五次连续循环使用,有序介孔MnFe2O4依然具备较好的催化活性,且在催化反应过程中金属离子的溶出浓度极低。Mn2+/Mn3+,Fe2+/Fe3+和PMS分解被认为是可能的活化机制,产生的SO4-·对橙Ⅱ的脱色起主导作用。