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膜分离是一种广泛应用的水处理技术,而膜污染现象是使用过程中一大难题,严重制约其实际应用。传统光芬顿技术虽然存在着粉末态光催化剂堵塞膜孔径、回收困难的问题,但因其绿色环保、运行成本低和水处理效率高等优点,可以将其与膜分离技术术耦合,制备出光芬顿陶瓷膜,利用光芬顿催化过程产生的羟基自由基将水中的有机污染物彻底矿化分解,不但有利于提高膜处理单元的出水水质,并且能够有效地缓解膜污染。本研究采用硅烷耦合法制备光芬顿陶瓷膜,并对改性陶瓷膜进行控制合成、制备表征和性能测试,在此基础上搭建序批式实验反应装置和连续流反应装置,对陶瓷膜光芬顿耦合系统的工艺参数、膜污染控制过程和耦合效能分析;构建光电平衡模型,研究进水污染物所需的电子负荷(Je)和光芬顿陶瓷膜表面上电子转移量(JP)的关系;研究不同光源强度、催化剂负载量、双氧水浓度降解天然污染物(腐植酸和蛋白质)和抗生素(磺胺嘧啶和磺胺甲恶挫)的降解效果,并对污染物的降解机理、降解过程和降解中间产物进行分析。本论文围绕以上内容,主要开展了以下几个方面的工作:1)采用硅烷耦合法将针铁矿催化剂负载到陶瓷膜表面上制备出光芬顿陶瓷膜,并对其稳定性和催化性能研究;研究催化剂的负载量、负载厚度等对膜过滤性能(例如水通量,膜过滤阻力等方面)的影响,通过计算得出负载后陶瓷膜过滤总阻力值(R∫)为2.74 × 1010 m-1,表明硅烷耦合法合成的光芬顿陶瓷膜具有较大的通量和较高的催化性能。2)利用BSA和HA作为天然有机物代表,对光芬顿陶瓷膜降解性能测试。研究发现,BSA和HA在UV+H202+光芬顿陶瓷膜、UV+光芬顿陶瓷膜条件下60分钟分别达到90%、38%和80%、50%的去除率;通过颗粒堵塞模型对光芬顿陶瓷膜污染研究,发现污染物沉积在膜表面上导致膜完全堵塞,引起可逆的膜污染。使用氢氧化钠和磷酸来进行化学冲洗,冲洗后膜的通量完全恢复到清水通量水平。3)以难降解磺胺类抗生素为目标污染物,研究其在不同条件下的降解动力学、降解途径及代谢产物:通过批次实验,研究发现磺胺嘧啶(SDZ)和磺胺甲磺胺甲恶唑(SMX)在光芬顿陶瓷膜+UV+双氧水条件下一级降解速率系数最高为1.1和1.01;中负载量(2μg催化剂g-1陶瓷膜)的光芬顿陶瓷膜在5分钟可以很好的实现SDZ降解;UV强度为200μW·cm-2或者更低时,SDZ和SMX的降解效率会随着UV增大而更高,AQY也会更大;通过LC-ESI-MS方法确定4种SDZ和11种SMX的降解中间产物,模拟出4种SDZ和3种SMX的降解途径,揭示出该体系通过陶瓷膜表面光芬顿催化反应产生的羟基自由基实现对磺胺类抗生素的降解。4)建立光电平衡模型,研究进水浓度、进水流量和量子产率三者之间关系,为连续流实验选择合适的进水流量、进水浓度提供理论依据,在此基础上研究不同条件下SDZ和SMX的去除和TOC降解规律。同初始陶瓷膜对比,光芬顿陶瓷膜极大的提高了 SDZ和SMX的去除率,去除量分别提高10%和8%;初始浓度对跨膜压差的影响很大,当进水污染物所需的电子负荷(Je)大于光芬顿陶瓷膜表面上电子转移量(JP)时,TMP增长迅速,污染物质所需要的电子负荷明显高于光芬顿催化反应转移的电荷,要求实验过程中要控制(Je)小于等于(Jp);对陶瓷膜进行十次重复性实验表明其具有很强的稳定性和高效的光催化性能。