微生物燃料电池（MFC）产电辅助双极斜板液膜反应器光电催化降解染料废水的研究

染料废水是我国一大行业污染之一。本项目利用备受关注的半导体光电催化技术作为染料的降解手段。该技术在染料废水中的应用瓶颈是激发光在染料溶液中的穿透深度低,致使光催化效率很低。而斜板液膜反应器中的激发光只需穿过几十微米厚的液膜，大大提高了激发光的利用率。本项目在阳极斜板液膜反应器的基础上，以高效、节能为目标，从进一步降低能耗、提高效率入手，提出微生物燃料电池（MFC）产电辅助双极斜板液膜反应器光电催化降解染料废水的新方法。利用MFC产生电能作为外加电场，提高光催化剂表面光生电子和空穴的分离效率，从而提高空穴的直接氧化效率；利用阳极液膜强化激发光的利用率；利用阴极液膜的饱和溶解氧强化光生电子的间接氧化效率；利用免费光源-太阳光作激发光源降低能耗。考察阴极的反应机理，MFC与光催化技术联用的可行性，并建立该方法的反应动力学模型，以期为光催化技术在水处理方面高效、低耗的应用奠定一定的实验及理论基础。

本项目针对光催化技术在有机废水处理方面存在的激发光利用率低和成本高等瓶颈问题，提出了微生物燃料电池（MFC）产电辅助双极斜板液膜反应器光电催化降解染料废水的新方法。采用溶胶-凝胶法制备了TiO2/Ti膜电极。在阳极斜板液膜反应器的基础上，构建了双极斜板液膜光催化反应器，提高了激发光的利用率、光生电子的利用率和光催化效率；构建了稳定运行的MFC和MFC产电辅助双极斜板液膜光催化反应器光电催化系统，以MFC的输出电压作为偏压，辅助双极斜板液膜反应器光电催化处理染料废水，与双极斜板液膜光催化反应器和外加电场的双极斜板液膜光电催化反应器相比，该方法既可以提高催化效率，又可以节约电耗，达到高效、低耗的目标；制备了具有可见光响应的Bi2O3-TiO2/Ti电极，以免费光源——太阳光为激发光源，利用MFC产电辅助双极斜板液膜反应器光电催化方法处理染料废水，可进一步降低能耗；初步建立了MFC产电辅助双极斜板液膜反应器光电催化处理染料废水的反应动力学方程，从而发展了一种由系统自生电场供电提高光生电子和空穴的分离效率、由双极液膜提高激发光利用率和光生电子利用率的高效光催化新方法，为光催化技术高效低耗的应用探索一条崭新途径。申请书中所列研究计划的要点已基本完成，已发表3篇SCI期刊文章，5篇中文核心期刊文章，2篇EI收录会议论文，申请1项专利。在国家自然科学基金委的大力资助下，较顺利地完成了该课题的研究内容。