世界经济迅猛发展伴随而来的环境问题也日益突显,特别是水污染问题愈加严峻,其中农药、抗生素等有机污染,铬、铅、汞等重金属污染形式愈发严峻,治理污染迫在眉睫。长久以来人们在不断地寻求绿色、经济、环保的水环境治理方法和技术。传统的水污染处理方法虽能在一定程度上改善水体环境,但普遍存在治理污染效率低、能耗高和成本高等问题。近些年来,自然界中广泛存在的天然矿物用于Fenton氧化技术处理有机污染废水和作为还原剂和吸附剂来治理重金属污染废水的研究越来越成为研究者们关注的热点,但天然矿物治理有机污染和重金属污染大都存在处理效果差、速率慢的缺点。本论文通过机械球磨法处理天然矿物增强其环境性能并应用到Fenton氧化技术中处理有机污染废水和作为还原剂和吸附剂治理环境中重金属铬污染,并深入进行了反应机理研究。首先,通过机械球磨法处理天然黄铁矿(主要含有FeS2),然后将其应用到Fenton反应中,比较分析了球磨前后黄铁矿降解磺胺二甲基嘧啶的性能,球磨处理后黄铁矿30 min可完全去除溶液中磺胺二甲基嘧啶,未球磨黄铁矿仅能去除20%。为进一步研究球磨处理后黄铁矿性能提高的原因和机理,设计实验深入探究发现机械球磨处理后黄铁矿粒径减小、比表面积增大以及硫空位增多等均可提高黄铁矿Fenton降解磺胺二甲基嘧啶的性能。随后,实验证明硫空位可分解双氧水产生羟基自由基,且产生羟基自由基不受pH影响,在强碱性条件下仍能产生·OH。捕获实验和电子自旋共振技术(EPR)结果表明体系中主要的活性氧物种为羟基自由基。最后,根据实验结果提出了机械球磨天然黄铁矿在酸性和碱性条件下Fenton降解磺胺二甲基嘧啶的机理。接下来,研究发现机械球磨处理天然黄铁矿(主要含有FeS2),还原性能显著提高,球磨处理后黄铁矿6 min即可去除水体中99%六价铬。通过设计实验和表征总结得出球磨处理后天然黄铁矿去除六价铬效率显著的提高原因,主要是机械球磨处理后黄铁矿比表面积增大,亲水性增强,铁溶出能力增强,以及表面电子传输速率加快。为证明球磨处理后的黄铁矿具有良好的工业除铬应用价值,我们通过模拟实验对比球磨黄铁矿和工业硫酸亚铁去除水中和土壤中Cr(VI),结果显示无论去除水中还是土壤中的Cr(VI)球磨黄铁矿都表现出更强的总铬固定能力,这肯定了球磨黄铁矿在工业除铬应用中的可能。本论文解释了机械球磨法提高天然黄铁矿Fenton去除有机污染物的以及还原去除重金属Cr(VI)性能提高的原因,为天然矿物材料应用于环境修复提供了理论支持。