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近年来，随着我国环保、能源等相关政策和法规的逐步建立和完善，对工业用水的回用率提出了较高要求。水回用率提高虽然有效节约了水资源，降低了生产成本，但也使水中的有机物逐渐累积，导致排出的有机废水具有成分复杂、高浓度、高生物毒性和生物难降解的特点，传统生物水处理工艺难以对其进行有效处理。高级氧化技法（AOPs）被认为是处理高浓度难降解有机废水的有效途径，能彻底将水中有机污染物分解成无害的CO2和H2O。其中，基于Fe2+和H2O2构成的Fenton反应和TiO2光催化氧化技术理论上能在常温、常压下反应，反应速率快且操作简单，非常适合于工业有机废水处理。但在实际工程中，由于Fe2+在pH＞3.7时易被氧化并生成Fe（OH）3沉淀，Fenton反应需要投加过量含Fe2+药剂来保证对H2O2的催化，确保污染物的降解。虽然Fe（OH）3有一定絮凝作用，但会产生大量化学污泥，造成二次污染；而TiO2光催化反应则需足够强度的紫外光源保证TiO2被有效激发，对光穿透能力差、色度较大的有机废水处理效果较差，大量纳米TiO2粉末状催化剂易因团聚而不能和污染物分子进行有效反应，且难以从水中去除和回收，也易造成催化剂浪费和二次污染。因此，往往需要配备辅助设施才能适应不同水质，保证工艺有效运行和处理效果，导致技术成本较高。论文的主要研究内容与结论如下：①针对上述技术瓶颈，作者创新性地设计并使用溶胶-凝胶法合成了一种“双效催化剂”—Co-TiO2。“双效”是指在近中性条件下（pH=6.9），Co-TiO2能在无光环境下催化PMS（KHSO5）发生基于硫酸根自由基（SO4·-）的类Fenton催化氧化反应（Co-TiO2/PMS，SR-Fenton）；同时，还能在光照条件下作为光催化剂，通过光催化氧化（Photo/Co-TiO2，Photo）去除水中的有机污染物。试验结果表明：pH=6.9时， Co-TiO2/PMS反应对50mg/L的罗丹明B（RhB）和苯酚（PhOH）的降解率为77.5%和64.9%。可见光（Vis）照射下，Vis/Co-TiO2反应光催化降解RhB和PhOH，降解率分别为45.6%和52.3%。当Vis、Co-TiO2和PMS同时存在于反应体系中时，SR-Fenton和光催化形成了协同催化氧化体系。基于此，作者融合SR-Fenton和TiO2光催化过程开发了一种新型“SR-Fenton/光催化协同技术（Vis/Co-TiO2/PMS，SR-Fenton/Photo）”。试验表明，相同条件下，Vis/Co-TiO2/PMS体系对RhB和PhOH的降解率（ηD）都上升为100%，反应时间由2h缩短到80min。根据Vis/Co-TiO2/PMS反应对100mg/L的RhB和PhOH的ηD计算出体系中SR-Fenton和TiO2光催化的协同效率（ηSyn）分别为15.7%和12.6%。此外，Co-TiO2的重复利用性好，Co2+离子溶出率（ηLCo2+）仅为1.4%。同时，Co-TiO2有一定的铁磁性，具有磁力回收的潜力。②本文对Co-TiO2/PMS、Vis/Co-TiO2和Vis/Co-TiO2/PMS为对比体系进行了研究，以探讨Co-TiO2的催化机理和SR-Fenton/光催化的协同机制：1)针对Co-TiO2/PMS反应体系，通过XPS和UV-DRS检测表明Co-TiO2催化剂表面有Co3O4颗粒。自由基淬灭试验结果显示Co-TiO2/PMS体系中主要自由基种类是SO4·-，结合原位ATR-FTIR分析确定Co3O4颗粒是Co-TiO2催化剂的SR-Fenton活性点位。以草酸盐定量法测得1.0g Co-TiO2可催化1mol PMS产生1molSO4。针对Vis/Co-TiO2反应体系，XRD测试结果表明一部分Co2+离子掺入了TiO2晶格。基于第一性原理计算并结合UV-DRS、VBXPS测试确定Co-TiO2催化剂的Eg=2.30eV，EVBT=2.0eV，ECBB=-0.3eV，是窄带系半导体，能有效利用可见光，Co-TiO2的可见光活性主要来源于Co2+的掺杂。同时，EEM测试表明Co2+掺杂降低了光生电子-空穴对（hvb+/ecb）的复合率，增强了Co-TiO2的光催化活性。2)对Co-TiO2催化剂Co元素XPS图谱的研究发现Vis/Co-TiO2/PMS协同反应前后Co-TiO2催化剂表面Co3O4颗粒中的Co（II）比例由33%上升到46%；而Co-TiO2/PMS反应前后Co3O4中的Co（II）却由33%下降到12%。可能是光催化产生的强还原性电子将Co3O4中的部分Co（III）还原成了Co（II），提高了SR-Fenton催化效率。同时，PMS能有效提高光催化过程的表观量子产率（ΦApp），加入PMS后，UV/TiO2反应的ΦApp由0.0074增大到0.073μmol/J，可推知PMS能捕获光生电子（ecb）。SR-Fenton和光催化效率的提高，都增强了体系的氧化能力。通过自由基淬灭法发现pH=6.9时，Vis/Co-TiO2/PMS反应为OH和SO4·-自由基的混合体系，自由基总量比Co-TiO2/PMS体系上升34%。3)利用GC/MS、LC/MS跟踪RhB在Vis/Co-TiO2/PMS反应中的主要降解中的浓度，发现它们的生成量大于Co-TiO2/PMS和Vis/Co-TiO2反应，生成速率也较快。准一级动力学方程能较好拟合三种反应过程。协同作用在反应动力学上的表现为Vis/Co-TiO2/PMS反应的表观速率常数（kobs）（0.01399min-1）比Vis/Co-TiO2（0.00161min-1）和Co-TiO2/PMS反应（0.0699min-1）增大了一个数量级；同时，表观活化能（E Appa）由Co-TiO2/PMS反应的51.3kJ/mol下降到Vis/Co-TiO2/PMS的39.5kJ/mol。基于kobs计算协同系数（Sc）为1.8。③最后，将Vis/Co-TiO2/PMS协同体系用于去除水中的微量POPs/EDCs物质阿特拉津和PAHs物质萘和菲。结果表明阿特拉津能被Vis/Co-TiO2/PMS体系有效降解，部分有毒中间产物也被完全去除。当以Vis为光源，[ATZ]0=0.1mM、mcata=0.01g、PMS/[ATZ]0=1:2、pH=6.9时，反应50min，ATZ即被完全降解，反应协同效率（ηSyn）和协同系数（Sc）分别达37%和5.30。萘和菲也能被协同体系快速去除，水中的NOM物质对它们降解率影响不明显。对比类似研究，Vis/Co-TiO2/PMS协同体系有效节省了药剂投加量、反应时间短、降低了技术成本。因此，论文合成的Co-TiO2双效催化剂和构建的SR-Fenton/Photo协同催化氧化体系部分解决了传统Fenton催化依赖酸性反应环境、药剂投加量大、含铁化学污泥以及TiO2光催化依赖紫外光源和催化剂难回收的问题。