粉末活性炭法和常规均相Fenton工艺由于其各自优越的吸附性能及氧化能力被广泛应用于水处理领域。然而粉末活性炭分离和再生的困难以及常规均相Fenton工艺大规模的催化剂流失及铁泥量阻碍了它们的应用前景。本研究采用化学共沉淀法对粉末活性炭进行改性,利用优化制备的改性活性炭,建立以四环素为降解目标的改性活性炭-非均相类Fenton耦合体系,旨在结合粉末活性炭法及常规均相Fenton工艺两者优势的同时弥补各自存在的不足,并解析该耦合体系对目标污染物的降解效能及作用机制。研究基于不同沉淀剂种类和磁纳米Fe3O4/粉末活性炭复合质量比,阐明了制备条件对改性活性炭结构及处理效能的影响,结果表明:以Na OH作为沉淀剂,可以有效缩短改性活性炭/H2O2体系降解四环素达到反应平衡所需时间;铁溶出量与Fe3O4在改性活性炭中的质量占比呈线性正相关关系(y=3.2469x-0.2117,R2=0.97)。1:1复合质量比的改性活性炭既保留了粉末活性炭较高的吸附能力以及非均相类Fenton氧化效率,又有效控制了体系铁溶出量。BET、SEM-EDS、TG-DTG、VSM、XRD、Raman、FTIR及XPS等研究手段结果显示优化制备的改性活性炭孔径分布主要集中在3.87 nm,主要由介孔结构构成,介孔占比为89.47%;磁纳米Fe3O4在粉末活性炭的表面及孔道上分布较为均匀,平均粒径为20～50 nm。研究考察了改性活性炭吸附特性,并在此基础上构建了改性活性炭-非均相类Fenton耦合体系,初步验证了改性活性炭的应用潜力,结果表明:磁纳米Fe3O4的存在可以通过增加粉末活性炭上的吸附位点来提高其饱和吸附容量。p H值为3时改性活性炭对四环素吸附最佳,在吸附300 min后吸附量达到140.2 mg/g。碱土阳离子(例如Mg2+和Ca2+)会抑制四环素的吸附过程;碱金属阳离子(例如Na+和K+)、Cl-和NO3-对四环素吸附过程未产生明显影响;SO42-和HPO42-可略微提高改性活性炭的吸附能力。Freundlich等温线模型及Elovich动力学模型可以较好地描述其吸附过程,吸附过程是由表面络合/化学吸附主导的吸热过程,其中△H为63.15 k J.mol-1。天然有机物对四环素吸附过程影响及改性活性炭吸附-还原稳定性实验的研究结果表明,改性活性炭可以适应各种复杂水质条件且具备良好的再生能力,循环使用五次,对四环素饱和吸附容量仍达52.7mg/g。在初始四环素浓度为150 mg/L、p H为3.0、改性活性炭投加量为0.5 g/L、H2O2投加量为5 m M的条件下,耦合体系对四环素的最佳去除率为97.9%,相应的总有机碳(TOC)去除率为52.7%,H2O2消耗率为81.4%。正交实验极差分析结果表明,影响四环素降解的主次因素顺序为:反应时间>改性活性炭投加量>H2O2投加量>p H;影响铁溶出量的主次因素顺序为:p H>改性活性炭投加量>反应时间>H2O2投加量。响应面优化后的最佳工艺参数:p H为3,改性活性炭投加量为0.49 g/L,H2O2投加量为5.1 m M。耦合体系循环使用稳定性实验结果显示,水力停留时间为3 h时,循环使用9次后,四环素去除率仍高达85.8%,且耦合体系能够在p H为2～7范围内有效降解四环素。将耦合体系用于实际四环素类抗生素废水处理,处理后出水COD低于50 mg/L。可行性研究结果显示耦合体系比常规均相Fenton工艺拥有更加拓宽的p H适用范围,处理效果接近于粉末活性炭法,相较其他非均相类Fenton处理工艺,该耦合体系对应四环素降解速率最高(5.5×10-3 mmol.g-1.min-1)。研究通过反应动力学模型、反应前后表征、自由基鉴定猝灭、中间产物鉴定以及生物毒性评价等手段,揭示了耦合体系对目标污染物作用机制,结果表明:耦合体系中四环素的降解遵循准一级动力学模型,120 min内四环素去除率达97%(TC0=150 ppm),表观活化能为24.9 k J.mol-1,表观反应速率由氧化物表面的化学反应速率控制。反应过程中改性活性炭表面碳基体上含氧官能团发生了显著变化,C-OH(285.4 e V)特征峰消失,C-O-C(286.4 e V)特征峰出现,O-C=O特征峰移位,而Fe的组成状态较为稳定。电子自旋共振(ESR)分析和自由基猝灭实验表明,·OH是降解过程中的主要活性氧自由基,HO2·也参与了降解过程。增强因子R值为1.25,耦合体系中四环素的降解是改性活性炭吸附作用与非均相类Fenton氧化作用相互促进互补的过程。UPLC-MS/MS分析结果表明四环素分子主要通过羟基化、脱羟基、脱甲基和酰胺键断裂等方式实现降解。在此基础上提出了耦合体系降解四环素的完整降解途径,基于定量构效关系法(QSAR)的ECOSAR计算程序对所有的中间产物进行生物毒性预测,表明了耦合体系对四环素的无害化降解潜力。