臭氧催化氧化技术处理有机污染物近年来受到了广泛的关注,并逐渐在工业有机废水深度处理的实际应用中得以推广。通过催化臭氧产生无选择性、高氧化能力的活性自由基,可以提高臭氧的利用率及总体氧化能力,以达到高效深度处理有机废水的目的。本文在系统调研相关文献的基础上,选择铜铝催化剂(CuOx@Al2O3)作为主要研究对象,利用一种简便、高效,并可连续化操作的喷雾干燥技术与微液滴辅助蒸发诱导自组装相结合的方法,即喷雾干燥诱导自组装(spray drying-induced selfassembly,SD-ISA),以催化剂材料微纳结构的调控机制和催化臭氧氧化机理及其构效关系为关键科学问题,旨在研发具有高比表面、大孔体积、催化核心粒径小且高度分散、高活性、高稳定性的臭氧氧化催化剂。在第三章中,介绍了利用SD-ISA方法,通过调节前驱液中材料的配方比例及后续煅烧温度,制备得到了一系列CuOx@A1203微粒,并对其进行了扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、固体核磁、程序升温还原、电子自旋共振等系统表征分析。结果表明,制得介孔Al2O3微粒的比表面积最高可达到166.2 m2 g-1,对应孔体积为0.57 cm3 g-1,CuOx以1-3 nm的尺寸高度分散于A1203载体中,Cu为一价与二价的复合价态,CuO和Cu2O含量分别为58.67%和41.33%。通过研究证实,CuOx的高度分散与喷雾干燥工艺和高Al[5]含量有关;复合价态的存在与表面活性剂的加入以及微粒的外部致密、内部疏松的中空结构有关。将Cu含量为3.4 wt%,经600℃煅烧所得的样品应用于臭氧催化氧化降解250 ppm的苯酚,在溶液初始pH为催化剂等电点(8.1)时,60 min内苯酚去除率可达100%,TOC去除率可达到53%,均显著优于浸渍法制得的同组分催化材料和无Cu介孔Al2O3微粒。实验证明,在CuOx@A12O3催化臭氧氧化的过程中,主要生成了吸附在催化剂表面的羟基自由基(.OHads)、超氧阴离子自由基(O2·-)和单线态氧(1O2)这三种活性氧物质,从而提高了臭氧的利用率和总体氧化能力,综合实验结果和已报道的文献,提出了多价态铜之间的协同作用和表面羟基共同促进臭氧分解为O2·-、·OHads和1O2。在第四章中,我们在第三章铜铝催化剂的研究基础上,为了进一步提高催化剂的催化性能,开发出碳-铜-铝催化剂。通过调节前驱液中材料的配方比例及后续煅烧温度,制备得到了一系列碳-铜-铝微粒。通过XRD和TEM表征证实,在铜铝催化剂中引入碳之后,活性位点Cu仍然能被高度分散于催化剂中。XPS分析发现,臭氧催化氧化反应后,相较于铜铝催化剂,碳-铜-铝催化剂的Cu2+含量没有明显增加,表明碳的掺入极大地促进了一价和二价铜之间的电子转移。将含碳为1.68 wt%、铜为3.3 wt%,经800℃煅烧所得样品应用于臭氧催化氧化降解’ 50 ppm的双酚A,20 min内双酚A去除率可达100%,60 min内TOC去除率可达到61%。相较于臭氧直接氧化,双酚A完全去除所需时间缩短至1/3,TOC去除率提高超过3.2倍。实验证明,在碳-铜-铝催化臭氧氧化的过程中,主要生成了吸附在催化剂表面的羟基自由基(·OHads)、超氧阴离子自由基(O2·-)、单线态氧(1O2)和游离在水相中的羟基自由基(·OHfree)这四种活性氧物质,从而提高了臭氧的利用率和总体氧化能力。较于铜铝催化剂,掺入的C中存在π-π电子很可能促进了催化反应过程中的电子转移,从而加快了 Cu2+还原为Cu+,使碳-铜-铝催化剂的催化臭氧性能得到了进一步的提升。