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三维电催化氧化技术因其处理效率高、降解速度快、不产生二次污染等优点引起广泛关注,为难降解有机废水的处理提供了新的解决途径。本研究采用三维电催化氧化技术降解苯并噻唑,以自制的Fe/Fe2O3/Fe3O4/AC为粒子电极填充于三维电催化反应器中,并考察了反应器电极型式、电极间距、外加电压、粒子电极填充比例等反应器结构参数和进水pH、电解质种类及浓度、序批式反应器的进水时间和电催化时间等工艺运行参数对苯并噻唑降解效能的影响。同时,探讨了三维电催化反应体系中苯并噻唑的降解机理,可为实际工程处理兼具苯环和杂环复杂结构的难降解有机污染物提供理论上的指导。采用Fe(NO3)3溶液浸渍法制备并优化Fe/Fe2O3/Fe3O4/AC粒子电极,实验发现最佳的浸渍条件是浸渍时间为18h、浸渍浓度为0.74mol/L,此时对应的TOC去除率较高为66.7%、铁离子溶出浓度最低为9μg/L。分析评价Fe/Fe2O3/Fe3O4/AC粒子电极的吸附性能和催化性能,并与活性炭(AC)颗粒进行对比。室温条件下,活性炭和Fe/Fe2O3/Fe3O4/AC粒子电极吸附体积为2L、初始浓度为100mg/L的苯并噻唑溶液的吸附量分别达到4.68mg/g和5.89mg/g。容积为500mL的三维电催化反应器处理初始浓度为100mg/L的苯并噻唑溶液,在外加电压为10v、电极间距为4cm、改性粒子电极填充比为60%、0.1mol/L的NaCl为电解质溶液的条件下反应2h,改性粒子电极反应体系的TOC去除率达到66.7%,比活性炭反应体系的TOC去除率高出了23.4%。Fe/Fe2O3/Fe3O4/AC粒子电极较于AC在吸附性能和电催化性能方面均有提高。其中,吸附能力上的提高主要取决于孔道结构的变化和表面化学性质的变化。根据吸附动力学的结果表明,化学吸附速率远大于物理吸附速率,说明化学吸附在苯并噻唑的吸附过程中起主要作用。而电催化能力上的提高主要取决于其表面负载的含铁催化剂,Fe/Fe2O3/Fe3O4/AC粒子电极的活化能为261KJ/mol,较于AC的活化能383KJ/mol降低了32%,使得反应体系的电化学反应更易发生。设计构建了序批式三维电催化反应器,考察苯并噻唑的去除率、反应体系矿化度、电流效率和电能能耗等从而确定最佳结构参数和运行参数。最佳结构参数:电极型式为阳极在中心、阴极环围阳极的型式,电极间距为4.24cm,外加电压为9.9V,Fe/Fe2O3/Fe3O4/AC粒子电极填充比例为60%。此时,TOC去除率的最大预测值为98.2%。最佳运行参数:0.1 mol/L的NaCl作为电解质溶液,进水pH为7,进水时间为30 min,电催化反应时间为3 h。此时,苯并噻唑完全被降解,反应体系的矿化率达到92.0%,矿化电流效率为5.99%,能耗为13.00 KW·h/kg COD;同时,Fe/Fe2O3/Fe3O4/AC反应体系的开路电位、析氧电位和阻抗均高于AC反应体系,说明Fe/Fe2O3/Fe3O4/AC反应体系的耐腐蚀程度高、发生副反应少并且短路电流少,电化学性能方面有较好的改善。分析研究三维电催化反应体系中苯并噻唑的降解机理,得到苯并噻唑电催化降解的主要中间产物为2-甲基亚磺酰基苯胺和2-甲基磺酰基苯胺,根据LC-MS检测出的有机中间产物推断出苯并噻唑有两种降解途径。主要的气相产物为CO2,占气体体积的90%。主要的离子态产物为SO42-和NO3-,离子浓度分别为20mg/L和10mg/L,根据化学质量守恒定律计算可知,苯并噻唑基本上完全矿化,反应体系的降解效果良好。