水污染防治一直是国家重点关注的领域，其中纺织印染行业造成的排污问题是十分严重，给水体生物和人类健康带来长期的威胁。染色废水具有以下特点：温度高、pH通常在7以上，含有大量的有机/无机共存物（如各种表面活性剂，助剂以及无机盐等，浓度往往是染料浓度的100～1000倍以上）等。这些特性往往会导致传统的以羟基自由基（OH）机理为主的高级氧化法因废水中复杂环境的影响而降低氧化效率，因而设计和构建新的不易受干扰的高效催化氧化法对于处理复杂环境中难降解有机污染物具有重要意义。我们关注到，天然酶催化氧化体系能通过生成高价金属-氧活性中间体来高效、选择性氧化底物，这为我们设计适用于实际复杂环境的选择性催化氧化体系提供了思路。本论文致力于构建以纤维为载体、以钴酞菁（CoPc）为催化中心的仿生催化体系来实现对H2O2的可控活化，通过改变CoPc中心Co离子的配位环境来调控其活化H2O2的反应路径，使H2O2中O-O键异裂的同时生成具有更好选择性的高价钴-氧活性中间体，实现对目标污染物的高效氧化。所取得的主要研究成果如下：1.利用纤维素纤维与催化中心CoPc键合制得催化纤维CoPc-F，引入十二烷基苯磺酸钠（C12-LAS）作为第五配体，构建了可高效氧化染料的仿生催化体系。研究发现，纤维素纤维具有的无定形区可以像天然酶中的蛋白质骨架结构一样有利于染料分子进入并接近活性中心而被氧化；C12-LAS作为第五配体与CoPc中心Co发生轴向配位，可促进H2O2中O-O键异裂并生成高价钴-氧活性中间体（PcCoIV=O），原位EPR结果证实了PcCoIV=O活性中间体的生成。该仿生催化体系具有较好的循环使用性能，在高浓度常见染色助剂共存下仍表现出对染料的高效选择性催化氧化性能，表明这种键合在纤维上的PcCoIV=O能够避免因活性种间相互碰撞导致的催化剂自氧化失活，并克服了传统高级氧化法因OH易被实际废水中复杂成分所淬灭的弊端，为处理实际染料废水提供一种新思路。2.发展了轴向含有吡啶（py）和苯硫酚（tph）配体的CoPc催化体系，以结构更加稳定的碳纤维（CF）、多壁碳纳米管（MWCNTs）为载体，制备了CoPc-py-MWCNTs、CoPc-py-CF、CoPc-tph-MWCNTs和CoPc-tph-CF催化体系，并通过X射线光电子能谱（XPS）、红外光谱、紫外-可见吸收光谱和热重分析等对催化剂进行了表征。催化氧化染料的实验结果表明，CoPc-py-MWCNTs和CoPc-py-CF催化体系具有明显高于CoPc-tph-MWCNTs和CoPc-tph-CF体系的催化活性。CoPc-py-MWCNTs和CoPc-py-CF催化活化H2O2体系在酸性条件下是以OH机理为主的反应过程，在循环使用性能上表现出了较差的稳定性；在碱性条件下是非OH机理的反应过程，具有良好的循环使用性能。EPR分析和DFT计算结果表明，CoPc-py-MWCNTs体系在pH10条件下催化活化H2O2的过程中O-O键发生异裂，生成的高价钴-氧活性种高效氧化染料。另外，CoPc-py-CF体系在高浓度典型染色助剂存在下表现出明显提高了的对目标染料的选择性催化氧化性能。3.探索了以氧化方式引入Co-O键来改变Co配位环境的方法，制备了一系列氧化钴酞菁/碳纳米管（o-CoPc/MWCNTs）和氧化钴酞菁/碳纤维（o-CoPc/CF）复合催化剂，并对其进行了表征，考察了催化剂活化H2O2氧化染料的性能及机理。研究结果表明，290和370°C下氧化制得的催化剂中Co的内层配位环境与CoPc相似，有部分外围取代基和苯环结构被氧化，并表现出了高于CoPc的催化活性。然而在410和450°C下制得的催化剂中既含有CoPc中的Co-N键，并有新的Co-O键的生成，这种Co-O键与Co3O4中的Co-O键不同，且随着氧化处理温度的升高，Co-O键的比例增加，生成的Co-O键也逐渐转变为与Co3O4中相同的Co-O键形式，530°C下制得的催化剂具有与Co3O4几乎一致的Co-O键结构，活性较差。实验结果表明410°C下制得的o-CoPc/MWCNTs（410°C）、o-CoPc/CF（410°C）复合催化剂具有更高的催化活性，结合XRD和XPS等分析结果，发现中心Co的配位环境同时含有CoPc中的Co-N键和氧化引入的Co-O键是其具有较高活性的关键。o-CoPc/MWCNTs（410°C）和o-CoPc/CF（410°C）在对染料的催化氧化过程中表现出了符合典型酶促反应的氧化过程，且具有更高的H2O2利用率。另外，o-CoPc/CF体系在高浓度典型染色助剂共存下对染料具有高效的选择性氧化性能，且循环使用性能较好。EPR结果表明，氧化钴酞菁/碳材料复合催化体系催化H2O2活化的过程属于非OH机理，O-O键异裂的同时可能伴有具有高氧化能力高价钴-氧活性中间体生成，推断Co的配位环境中同时含有的O和N配体，能影响Co与H2O2的配位反应路径，促使O-O键发生异裂，使反应朝着类似于过氧化物酶反应的方向进行，实现了对H2O2的仿生催化活化。