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水体微污染有机物对水生态和人类健康形成威胁，已引起关注，为解决这些难降解的微污染有机物，本论文分别采用微生物与化学方法制备了多价态生物锰氧化物(BioMnOx)和化学锰氧化物(MnOx)两类纳米材料，选用医药类和氯酚类化合物作为目标污染物，考察锰氧化物结构性能与反应活性之间的关系，深入研究其氧化反应机理，并进一步探讨了纳米材料表面自活化氧系统构建。主要研究内容和结果如下: (1) BioMnOx制备及反应活性利用锰氧化菌Pseudomonas sp.G7氧化Mn(Ⅱ)合成一系列BioMnOx，其中含有Mn(Ⅱ)，Mn(Ⅲ)和Mn(Ⅳ)三个价态的BioMnOx(0.4)-7对医药类污染物和天然腐植酸显示很高的降解活性，实验的污染物都被转化为小分子酸，而且反应过程中几乎没有Mn(Ⅱ)释放，催化剂具有长期高效稳定性。同时，建立了BioMnOx负载的氧化铝小球固定床反应器，证实该系统具有很高的净化能力。 (2) BioMnOx降解有机污染物机制BioMnOx中Mn(Ⅱ)，Mn(Ⅲ)和Mn(Ⅳ)三个价态共存加快催化剂-水固微界面电子转移，使催化剂表面还原态的Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅲ)与水溶液中的O2作用产生超氧自由基(O2·-)。同时，Mn(Ⅳ)和O2·-的协同氧化导致有机污染物高效降解，保证多价态Mn之间的电子循环，抑制Mn(Ⅱ)释放。 (3) MnOx合成及反应活性制备了α，β，γ，δ和λ五种不同晶型的MnO2，其中δ-MnO2显示最高的氧化活性，在中性条件下，对环丙沙星(CIP)去除率可以达到88％。在研究其去除2-CP的反应机理中发现，2-CP只发生脱氯反应，而没有发生苯环开环反应，说明δ-MnO2的主要氧化能力来源于自身的Mn(Ⅳ)，空气中的O2不能在δ-MnO2表面活化形成O2·-。 (4) Ce掺杂锰氧化物分子筛结构特征及氧化有机污染物机制制备了一系列Ce孔道掺杂的多价态锰氧化物分子筛(Ce-OMS-2)，Ce的掺杂明显增加了该分子筛的比表面积，表面氧缺陷和表面吸附的氧分子。研究结果证实，在Ce-OMS-2的水固微界面上，还原态的Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅲ)与表面吸附的氧分子反应生成O2·-，且还原态Mn转化为Mn(Ⅳ)。这两种氧化物种协同氧化CIP产生3-丁烯酰胺和丙酰胺等中间产物及另外一些小分子酸，并抑制Mn(Ⅱ)释放。Ce-OMS-2催化剂-水固微界面上的电子转移，使催化剂保持长期活性和稳定性。