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近年来，药品和个人护理产品(PPCPs)中药物类残留在水体中的污染引起了广泛的关注，微量的药物污染累积就会给生命健康和生态系统带来威胁。抗生素类药物以及非甾体抗炎药是药物类PPCPs中使用较为广泛的两大类，并且在地下水、河水以及传统污水处理厂中均有一定程度检出。本研究选取氟喹诺酮类抗生素左氧氟沙星、磺胺类抗生素磺胺甲恶唑，以及非甾体抗炎药类药物尼美舒利为目标污染物，研究了基于硫酸根自由基的高级氧化技术对其去除的降解能力。实验构建了NiFe2O4/CS、NiCo2S4/CS两种双金属尖晶石/纳米碳复合材料，Cu-FeLDH/CMK双金属尖晶石前驱体/纳米碳复合材料，并用其活化过硫酸盐(PS)降解目标污染物。通过实验优化降解条件，研究降解机制对催化剂的催化活性做了评价，之后将其用于对医院废水的降解。本论文主要开展了以下工作：
为了探究双金属氧化物尖晶石与双金属硫化物尖晶石复合纳米碳材料的催化效果，采用水热法制备了NiFe2O4/CS与NiCo2S4/CS复合材料。随后，用X射线衍射(XRD )、扫描电子显微镜(SEM )、透射电子显微镜(TEM )、Brunauer-Emmett-Teller(BET)和傅立叶变换红外光谱(FT-IR)对其理化性能进行了表征。同时，采用NiFe2O4/CS活化过硫酸盐(PS)去除左氧氟沙星，结果表明NiFe2O4/CS复合材料比纯NiFe2O4和CS具有更强的PS活化能力。并对催化剂用量、PS浓度、初始pH值等影响因素进行了优化分析。在优化条件下，加入0.6g/L的NiFe2O4/CS复合物和1.8g/L的过硫酸盐，初始pH调至5，1小时内左氧氟沙星的降解率达到了67%。此外，通过自由基清除剂和XPS分析，提出了NiFe2O4/CS纳米复合材料活化PS的可能机理。更重要的是，多次重复实验证明NiFe2O4/CS复合材料具有可回收性和可重复使用性，为废水处理中污染物的去除提供了一种潜在的有效催化剂。另外，以NiCo2S4/CS复合材料为催化剂，活化PS对尼美舒利进行降解。结果表明，与纯的NiCo2S4和碳球相比，NiCo2S4/CS复合材料具有最高的催化活性，在0.1g/L催化剂和0.4g/L过硫酸盐的作用下，10min内尼美舒利降解率达92%。采用真空抽滤法制备了NiCo2S4/CS膜，经过6次重复实验，第一次降解时实现了94%的降解率，而六次重复实验后降解率依然保持在80%以上，表明该催化剂易于回收利用。此外，还通过自由基猝灭实验、XPS和电化学方法(LSV和EIS)研究了尼美舒利降解的可能机制，结果表明，尼美舒利的降解可能是非自由基途径和自由基途径共同作用的结果，而SO4?-仍然是尼美舒利降解的主要活性物质。本研究为水处理中有机污染物的去除提供了一种新型的NiCo2S4/CS膜。
为进一步探究双金属尖晶石前驱体/纳米碳复合材料的效果，合成了Cu-FeLDH，并在400~600℃范围内煅烧，形成金属氧化物。然后，分别采用共沉淀法和超声处理法制备了CMK/LDH、CMK/CLDH-400、CMK/CLDH-500和CMK/CLDH-600复合材料。此外，制备的样品用于活化PS降解磺胺甲恶唑。在对不同催化剂进行表征和降解实验的基础上，对不同的催化剂进行了对比研究，结果表明：ⅰ所制备的复合催化剂之间是通过化学键牢固的连接，而不只是通过物理机械的连接；ⅱCMK/LDH活化PS对磺胺甲恶唑有最佳的降解能力，当使用较少的过硫酸盐(0.5 g/L)和催化剂(0.15 g/L)时，25mg/L的SMX降解率可以达到84.9%。与CMK/LDH和CMK/CLDH-400相比，CMK/CLDH-600具有最佳的初始pH适应性。在此基础上，通过多次降解实验证明，采用简单的丙酮清洗方法可以再生CMK/LDH。最后，通过清除剂猝灭实验和计时电流法，研究了CMK/LDH复合物/PS/SMX三元体系中自由基和非自由基路径的存在。有趣的是，SO4?-主要有复合材料中的LDH活化PS产生，而HO?主要由CMK部分活化PS产生。然而，SMX降解的非自由基途径则只能归因于CMK所具有的电子架桥效应。本研究为进一步研究LDH与LDH煅烧后形成的金属氧化物对PS的活化对比提供了理论支持。
为了探究合成的NiFe2O4/CS、NiCo2S4/CS、Cu-FeLDH/CMK三种复合材料应用于实际废水的效果，取了甘肃省某医院的废水，用合成的催化剂活化PS做了降解实验。研究表明，三种复合催化剂中，Cu-FeLDH/CMK对医院废水COD的去除有着最佳的效果。之后，在恒温摇床中使用锥形瓶加入50mL的医院废水优化了PS的用量与Cu-FeLDH/CMK催化剂的用量，1.8g/L的PS与0.8g/L的催化剂在40min内对医院废水的COD去除率可以达到70.8%。最后，按照优化的催化剂和PS用量比例将医院废水的处理规模扩展到10L，6h实现了对废水78.9%的COD去除率，与小规模的实验相比处理效果略微有下降但变化不大。研究结果表明，本实验为实际废水的降解提供了一种具有可行性的用于活化PS的有效技术。
为了探究双金属氧化物尖晶石与双金属硫化物尖晶石复合纳米碳材料的催化效果，采用水热法制备了NiFe2O4/CS与NiCo2S4/CS复合材料。随后，用X射线衍射(XRD )、扫描电子显微镜(SEM )、透射电子显微镜(TEM )、Brunauer-Emmett-Teller(BET)和傅立叶变换红外光谱(FT-IR)对其理化性能进行了表征。同时，采用NiFe2O4/CS活化过硫酸盐(PS)去除左氧氟沙星，结果表明NiFe2O4/CS复合材料比纯NiFe2O4和CS具有更强的PS活化能力。并对催化剂用量、PS浓度、初始pH值等影响因素进行了优化分析。在优化条件下，加入0.6g/L的NiFe2O4/CS复合物和1.8g/L的过硫酸盐，初始pH调至5，1小时内左氧氟沙星的降解率达到了67%。此外，通过自由基清除剂和XPS分析，提出了NiFe2O4/CS纳米复合材料活化PS的可能机理。更重要的是，多次重复实验证明NiFe2O4/CS复合材料具有可回收性和可重复使用性，为废水处理中污染物的去除提供了一种潜在的有效催化剂。另外，以NiCo2S4/CS复合材料为催化剂，活化PS对尼美舒利进行降解。结果表明，与纯的NiCo2S4和碳球相比，NiCo2S4/CS复合材料具有最高的催化活性，在0.1g/L催化剂和0.4g/L过硫酸盐的作用下，10min内尼美舒利降解率达92%。采用真空抽滤法制备了NiCo2S4/CS膜，经过6次重复实验，第一次降解时实现了94%的降解率，而六次重复实验后降解率依然保持在80%以上，表明该催化剂易于回收利用。此外，还通过自由基猝灭实验、XPS和电化学方法(LSV和EIS)研究了尼美舒利降解的可能机制，结果表明，尼美舒利的降解可能是非自由基途径和自由基途径共同作用的结果，而SO4?-仍然是尼美舒利降解的主要活性物质。本研究为水处理中有机污染物的去除提供了一种新型的NiCo2S4/CS膜。
为进一步探究双金属尖晶石前驱体/纳米碳复合材料的效果，合成了Cu-FeLDH，并在400~600℃范围内煅烧，形成金属氧化物。然后，分别采用共沉淀法和超声处理法制备了CMK/LDH、CMK/CLDH-400、CMK/CLDH-500和CMK/CLDH-600复合材料。此外，制备的样品用于活化PS降解磺胺甲恶唑。在对不同催化剂进行表征和降解实验的基础上，对不同的催化剂进行了对比研究，结果表明：ⅰ所制备的复合催化剂之间是通过化学键牢固的连接，而不只是通过物理机械的连接；ⅱCMK/LDH活化PS对磺胺甲恶唑有最佳的降解能力，当使用较少的过硫酸盐(0.5 g/L)和催化剂(0.15 g/L)时，25mg/L的SMX降解率可以达到84.9%。与CMK/LDH和CMK/CLDH-400相比，CMK/CLDH-600具有最佳的初始pH适应性。在此基础上，通过多次降解实验证明，采用简单的丙酮清洗方法可以再生CMK/LDH。最后，通过清除剂猝灭实验和计时电流法，研究了CMK/LDH复合物/PS/SMX三元体系中自由基和非自由基路径的存在。有趣的是，SO4?-主要有复合材料中的LDH活化PS产生，而HO?主要由CMK部分活化PS产生。然而，SMX降解的非自由基途径则只能归因于CMK所具有的电子架桥效应。本研究为进一步研究LDH与LDH煅烧后形成的金属氧化物对PS的活化对比提供了理论支持。
为了探究合成的NiFe2O4/CS、NiCo2S4/CS、Cu-FeLDH/CMK三种复合材料应用于实际废水的效果，取了甘肃省某医院的废水，用合成的催化剂活化PS做了降解实验。研究表明，三种复合催化剂中，Cu-FeLDH/CMK对医院废水COD的去除有着最佳的效果。之后，在恒温摇床中使用锥形瓶加入50mL的医院废水优化了PS的用量与Cu-FeLDH/CMK催化剂的用量，1.8g/L的PS与0.8g/L的催化剂在40min内对医院废水的COD去除率可以达到70.8%。最后，按照优化的催化剂和PS用量比例将医院废水的处理规模扩展到10L，6h实现了对废水78.9%的COD去除率，与小规模的实验相比处理效果略微有下降但变化不大。研究结果表明，本实验为实际废水的降解提供了一种具有可行性的用于活化PS的有效技术。