赤泥是以铝土矿为原料生产氧化铝过程中产生的一种富铁、强碱性工业固体废弃物,其中拜耳高铁赤泥铁含量超过30%。一般地,每生产1吨氧化铝产生1-1.8吨赤泥。随着制铝工业扩大和铝土矿品位降低,赤泥排放量不断增加。目前,全球范围内估计有40多亿吨的赤泥被储存在陆地上,甚至每年赤泥增长约1.2亿吨。大量堆积的赤泥对生态环境和人类健康造成了严重威胁。赤泥的高碱度（p H=10-13）对地下水、饮用水等水源造成了严重污染。因此,综合考虑氧化铝工业可持续发展,赤泥资源化利用和安全处置已经成为氧化铝行业的关键问题。本论文基于拜耳高铁赤泥,采用简易方法制备了多种新型赤泥基非均相催化剂,深入研究制备催化剂在光-芬顿体系和过硫酸盐体系等高级氧化技术中的催化机理和污染物降解机理。本论文主要研究内容和结论如下:（1）以高铁赤泥（RM）为主要原料,采用简单的机械力化学合成方法,制备了赤泥基层状双氢氧化物（简写Fe2O3/Zn-Al LDH）非均相复合材料,并作为一种新型光-芬顿催化剂。Fe2O3/Zn-Al LDH最佳制备条件为:六水硝酸锌与赤泥质量比2:1,干磨时间6 h,水用量2 m L,球料比50:1和球磨速度250 rpm。深入分析了制备条件对Fe2O3/Zn-Al LDH复合材料晶体结构和催化性能影响。XRD、FT-IR、TG、XPS、SEM、（HR）TEM等表征结果表明,Fe2O3/Zn-Al LDH复合材料具有水滑石状晶体结构,最佳Fe2O3/Zn-Al LDH复合材料的晶相为Fe2O3和Zn-Al LDH,同时在Fe2O3与Zn-Al LDH之间存在异质界面。最后,提出了机械力化学合成Fe2O3/Zn-Al LDH的合成机理。研究结果为以赤泥为主要原材料的机械力化学合成法制备层状双氢氧化物复合材料提供了系统认识,并有助于开发赤泥绿色再利用技术。（2）深入研究（1）中Fe2O3/Zn-Al LDH非均相催化剂在光-芬顿反应中的催化性能。Fe2O3/Zn-Al LDH在光-芬顿体系中具有显著的催化活性。Fe2O3/Zn-Al LDH在光-芬顿反应中的表观速率常数比纯Zn-Al LDH高约4倍,比赤泥高约10倍。表征结果表明,除比表面积增加（45.64 m~3/g）和孔容增大外,Fe2O3/Zn-Al LDH复合材料中增加的氧空位可显著提高Fe2O3/Zn-Al LDH的催化活性。氧空位有利于Fe2O3/Zn-Al LDH可见光吸收和有效电荷分离和转移。此外,利用密度泛函理论计算对Fe2O3/Zn-Al LDH电子结构进行了探索,并根据电子结构结果分析了Fe2O3/Zn-Al LDH光催化性能。Fe2O3/Zn-Al LDH复合材料具有良好沉降性、可重复使用性和稳定性。最后,提出了Fe2O3/Zn-Al LDH复合材料催化的光-芬顿反应的可能机理。（3）基于（1）中合成的Fe2O3/Zn-Al LDH,经一步煅烧后得到富氧空位的赤泥基混合金属氧化物（简写M-RM/MMO）非均相催化剂,并作为过硫酸盐（PDS）有效活化剂,在可见光下（VL）实现环丙沙星抗生素降解。优化后的M-RM/MMO-700复合材料性能良好,其中在M-RM/MMO-700/PDS/VL体系中,60分钟内可降解约87.4%的环丙沙星。结果表明,M-RM/MMO-700中丰富的氧空位可以提高光吸收以及促进电子-空穴对分离,这两种作用都有利于活化PDS,从而促进M-RM/MMO-700/PDS/VL体系中活性物种生成。自由基猝灭实验和电子自旋共振技术表明,?O2-、~1O2和h+是降解环丙沙星的主要活性物种。此外,M-RM/MMO催化剂具有良好的可重复使用性、稳定性和磁性。基于密度泛函理论计算和液相色谱-质谱分析,推导了环丙沙星可能的降解路径。基于定量构效关系,探讨了环丙沙星降解中间体的生态毒性。研究结果为今后设计具有丰富氧空位的赤泥基层状双氢氧化物衍生的混合金属氧化物催化剂通过光催化活化过硫酸盐来高效处理抗生素废水提供了新视野。（4）以高铁赤泥（RM）为原料,机械力化学活化赤泥（简写BM-RM）,将BM-RM用于高效活化过硫酸盐降（PMS）解盐酸四环素。在PMS存在下,与RM相比（69.69%）,BM-RM的盐酸四环素分解率均有所提高（72.2%～92.0%）。系列表征表明,球磨可以优化赤泥物理化学性质,如增加比表面积、提高氧空位含量、增强电导率和增加Fe（II）活性位点,这些都能有效地增强BM-RM活化PMS降解盐酸四环素。自由基猝灭实验和电子自旋共振技术表明,~1O2和SO4·-是导致盐酸四环素降解的主要活性物种。液相色谱-质谱技术和密度泛函理论计算表明,在BM-RM/PMS体系中盐酸四环素的降解路径主要涉及羟基化反应、N-去甲基化反应和脱水反应。基于定量构效关系,采用毒性评估软件工具（T.E.S.T.）预测,几乎所有盐酸四环素降解中间体的毒性都显著降低。此外,Cl-离子的存在对盐酸四环素降解有明显抑制作用,而NO3-离子和SO42-离子的存在抑制作用不大。需要注意的是,HCO3-离子却提高了盐酸四环素的去除效率。BM-RM具有较宽的p H工作范围（p H=3-11）,在使用中表现出良好的稳定性和可重复使用性。研究结果不仅为提高赤泥的催化活性提供了一种简单而有前途的方法,而且也为BM-RM作为过硫酸盐废水处理的有效催化剂开辟了新思路。（5）以高铁赤泥（RM）为基底材料,通过简单的原位沉积方法,在赤泥表面生长磷酸银纳米粒子,成功制备了一种新型赤泥基磷酸银（简写Ag3PO4/RM）非均相催化剂。表征结果表明,Ag3PO4纳米粒子均匀沉积在赤泥上形成P-O-Fe键,并在Ag3PO4和Fe2O3两种纳米晶之间构建了半导体异质结构。优化后的Ag3PO4/RM复合材料（即APRM-110）在光-芬顿反应中对盐酸四环素的降解具有显著光催化活性。APRM-110光催化性能和稳定性的提高主要归因于S型（Step-scheme）电荷转移,大大加快了光生载流子分离,有效抑制了APRM-110复合材料的光腐蚀。APRM-110复合材料具有良好可重复使用性、稳定性和沉降性。采用液相色谱-质谱技术鉴定了四环素的主要降解中间体,并提出了APRM-110催化的光-芬顿反应中四环素降解路径。此外,APRM-110催化的光-芬顿能有效地降低四环素水溶液毒性。研究结果设计了一种经济、稳定的赤泥基磷酸银复合材料,并作为光-芬顿反应降解盐酸四环素的高效催化剂。（6）高铁赤泥（RM）被用作四氧化三钴（Co3O4）量子点的潜在载体,采用一种简单方法制备了一种新型赤泥基Co3O4量子点（简写Co3O4/RM）非均相催化剂,并用于可见光下（Vis）活化过硫酸盐（PMS）降解左氧氟沙星。表征结果表明,在赤泥表面原位生长Co3O4量子点可以增加比表面积、减少团聚、增强可见光响应和加速光生电子-空穴对分离,从而有效提高了Co3O4/RM复合材料的催化性能。优化的Co3O4/RM-1200复合材料性能良好,其中在Co3O4/RM-1200/PMS/Vis体系,20分钟内可降解约95.3%的左氧氟沙星。在Co3O4/RM-1200/PMS/Vis体系中生成的SO4·-和h+是左氧氟沙星快速降解的主要原因,其中SO4·-是主要的活性物种。基于液相色谱-质谱技术和密度泛函理论计算,提出了左氧氟沙星在Co3O4/RM-1200/PMS/Vis体系中的可能降解路径。采用毒性评估软件工具（T.E.S.T.）对降解中间体生态毒性进行评价。最后,考察了Co3O4/RM-1200/PMS/Vis体系中左氧氟沙星降解的关键影响因素。研究结果表明,Co3O4量子点均匀沉积在RM表面,Co3O4组分和Fe2O3组分之间存在Fe-O-Co键,这不仅抑制了金属离子的浸出,而且使得Co3O4/RM具有良好稳定性和可重复使用性。因此赤泥可作为一种经济载体,开发耐用的赤泥基量子点非均相催化剂,用于过硫酸盐活化和抗生素废水处理。