针对目前水中难降解有机污染物处理中存在的技术问题,本文研究开发出一种新型物理化学水处理技术-微波强化高级氧化工艺（Microwave-enhanced Advanced Oxidation Process,简称为MAOP）。微波强化高级氧化技术具有反应速度快、占地面积小、设备简单、操作方便等优点,在水处理领域内有着广阔的应用前景。本文围绕微波强化ClO₂催化氧化工艺中催化剂的研制这一技术关键,制备了CuO/γ-Al₂O₃和La₂O₃-CuO/γ-Al₂O₃催化剂,并以La₂O₃-CuO/γ-Al₂O₃为催化剂,以活性艳黄染料和苯酚模拟废水为处理对象,建立微波强化ClO₂催化氧化处理难降解有机物工艺;研究苯酚和活性艳黄染料在微波强化ClO₂催化氧化工艺中的动力学和体系中羟基自由基的产生以及作用机制;并分析催化剂La₂O₃-CuO/γ-Al₂O₃在使用过程中的失活原因,确定最优的再生方法,均取得了理想的结果。本文首先以γ-Al₂O₃为载体,以铜盐为活性组分,采用浸渍沉淀法制备了CuO/γ-Al₂O₃催化剂,对其在微波强化ClO₂催化氧化工艺中的催化活性和稳定性进行研究,并进一步选取稀土镧为助剂,采用分层浸渍沉淀法制备出La₂O₃-CuO/γ-Al₂O₃催化剂。催化剂的结构分析表明,La₂O₃-CuO/γ-Al₂O₃中铜以CuO和Cu2O的形式存在,镧以La₂O₃的形式存在,其中铜的含量为6.748%,镧的含量为0.257%。同时,镧的掺杂可以与载体结合,提高载体γ-Al₂O₃的热稳定性,增大催化剂的比表面积,提高活性组分的负载量,并使得催化剂表面的活性组分CuO的粒径更小、分散更加均匀,增加了催化剂表面的活性点,提高其催化活性和稳定性。以自制La₂O₃-CuO/γ-Al₂O₃为催化剂,ClO₂为氧化剂,研究建立微波强化ClO₂催化氧化工艺。对于100mL初始浓度为200mg/L的模拟染料废水,最佳的处理工艺条件为:微波辐照功率400W,辐照时间1.5min,pH值为7, ClO₂投加量80mg/L,催化剂加入量70g/L。在此工艺条件下,对活性艳黄染料的脱色率达到94.03%,TOC去除率为67.92%;对于100mL初始浓度为100mg/L的模拟苯酚废水,最佳的处理工艺条件为:微波辐照功率50W,辐照时间5min,pH值为7,ClO₂投加量80mg/L,催化剂加入量50g/L。在此工艺条件下,对苯酚的去除率达91.66%,TOC去除率为50.35%;本文系统研究了微波强化ClO₂催化氧化、微波强化ClO₂氧化、水浴条件下ClO₂催化氧化和水浴条件下ClO₂氧化四种工艺中ClO₂与苯酚的反应动力学。结果表明,四种处理工艺条件下,ClO₂催化氧化苯酚的反应对于苯酚反应级数为1,对ClO₂反应级数为1,总反应级数为2。对比四种不同工艺中的反应速率常数可知,微波辐照与La₂O₃-CuO/γ-Al₂O₃催化剂联合使用可明显提高ClO₂降解有机物的反应速率。采用分子荧光光谱法,本文对微波强化ClO₂催化氧化体系中的羟基自由基的生成规律进行了研究探讨。结果表明,常温下ClO₂氧化体系未检测到·OH自由基;常温下ClO₂催化氧化体系和微波强化ClO₂氧化体系可产生少量的·OH自由基;当微波辐照、La₂O₃-CuO/γ-Al₂O₃催化剂和ClO₂联合使用时,体系中有大量的·OH自由基生成,说明微波辐照与催化剂具有协同作用,可明显提高ClO₂氧化体系产生·OH自由基的能力。基于此,本文提出微波强化ClO₂催化氧化处理水中有机污染物的可能机制为:废水中的有机污染物首先被吸附于催化剂表面,由于催化剂能够强烈地吸收微波,催化剂表面在微波场中生成“热点”,同时微波诱导ClO₂产生羟基自由基,由于“热点”的高温作用和羟基自由基氧化反应使吸附于催化剂表面的有机污染物被迅速氧化分解。本文还对系统处理活性艳黄染料废水过程中催化剂的失活原因和再生方法进行了深入研究。结果表明,催化剂在使用过程中的失活主要是由废水降解所产生的含碳的中间产物吸附在催化剂表面,掩盖了催化剂的活性中心而引起的。微波辐射再生是一种非常有效的再生方法,其最优工艺条件是微波功率500W,辐照时间30min,SiC与催化剂比值2:1,在此条件下再生的催化剂活性可恢复到新鲜催化剂的91.67%。再生催化剂的结构表征分析表明,催化剂再生之后,其各项结构参数均可基本恢复至新鲜催化剂的状态。本文将微波技术和改性γ-Al₂O₃催化剂结合,对传统的ClO₂氧化法进行改进,该方法具有ClO₂用量少、pH值适用范围广、处理速度快、处理效率高、出水温度适宜、投加方式简单、设备简单、操作方便等优点,为水中难降解有机污染物的处理提供了一种新型的有潜力的处理工艺。