工业污水中通常既含有固体小颗粒污染物,又含有有机污染物。因此处理工业污水需要先对固体污染物进行沉降处理,再处理有机污染物。但是固体污染小颗粒因为尺寸较小,沉降速度慢,大大降低了污水处理效率,而有机污染物毒性大,处理后容易产生新的废弃物,造成二次污染。因此,如何快速沉降固体小颗粒并高效安全地处理有机污染物成为当前急需解决的问题。针对尺寸极小难处理的悬浮小颗粒的问题,可以通过加入经济环保、絮凝高效的絮凝剂进行沉降来解决。本文采用了反相乳液聚合法和氧化还原引发体系制备出了聚丙烯酸铵絮凝剂,探讨了影响产品性能的诸多因素。经过优化的配方为:采用白油为连续相,油水质量比为0.8:1,Span80/Tween80复配乳化剂的用量为9 wt%;引发剂采用过硫酸铵和亚硫酸氢钠,用量分别为单体的0.24wt%,0.12 wt%;单体质量分数为60wt%;EDTA-2Na用量为单体的0.2 wt%;聚合温度为40℃,并通过剪切乳化机乳化。此条件下合成的聚丙烯酸铵分子量和固含量都很高,分子量达211万,固含量达33.29%,乳液絮凝剂的稳定性好,水溶性好,对赤泥具有很好的絮凝性能,沉降速率可达5.8 mL/s,上清液浊度为105.5 NTU,与进口产品纳尔科的沉降性能接近,达到了二级排放标准,甚至接近一级排放标准。此外,所制备的聚丙烯酸铵絮凝剂不存在单体残留毒性问题,环境友好,使用简便,成本较低,而且聚合反应在低温下反应,易控制,有利于工业化。针对具有毒性的有机污染物,采用的是绿色环保的光催化降解技术。通过引入碳的掺杂来改善二氧化钛光利用率低、电子空穴易复合及二氧化钛难回收的问题,获得降解性能更高和具有实际应用价值的光催化剂。具体方法为:以低成本的聚丙烯腈膨胀微球为碳源和模板进行酸水解,然后通过二氧化钛的溶胶凝胶法和高温碳化制备得到碳/碳掺杂二氧化钛双层空心复合微球光催化剂。探讨了不同硫酸浓度对复合材料的结构和性能的影响,采用FTIR、SEM、HAADF、XRD、XPS、Raman、TGA、BET、TPR、UV-vis 等测试手段对复合材料进行表征,结果证明成功制备出了双层空心C/TiO2复合微球光催化剂,并且碳与TiO2成功掺杂。结果发现,硫酸浓度对双层空心C/TiO2复合微球的结构和性能有很大的影响,用65%浓度的硫酸对热膨胀PAN进行水解,得到的复合光催化剂性能最佳。该条件下得到的复合光催化剂比表面积较大,为143.02 m2/g,是纯TiO2的5倍;复合光催化剂的光响应强度是纯TiO2的10倍。此外,C/TiO2微球对可见光的吸收范围扩大到643 nm,大大增加了对可见光的吸收强度。在氙灯照射下,对罗丹明-B进行降解实验,结果发现,C/TiO2复合微球催化性能大大优于纯二氧化钛。纯的二氧化钛降解率为10%左右,而C/TiO2复合微球光催化剂的降解率达到96%。最重要的是,C/TiO2复合微球尺寸为15 μm-30 μm,大而轻,易分离回收,便于循环使用。C/TiO2复合微球经过三次回收后降解率仍然很高,可达83%。最后,我们将上述制备得到的聚丙烯酸铵絮凝剂和C/TiO2复合微球光催化剂联用,处理同时含有固体污染物和有机污染物的废水。本工作以赤泥/罗丹明-b、赤泥/甲基橙、赤泥/亚甲基蓝等混合溶液作为模型污水进行联合处理研究。结果发现,相较于单一的赤泥浆液,聚丙烯酸铵仍然能够快速有效地沉降混合模拟液中的赤泥,但是沉降效果略微减小。对赤泥/罗丹明-b、赤泥/甲基橙、赤泥/亚甲基蓝中三种模拟液中的赤泥沉降速率分别为5.31 mL/s、4.96 mL/s、5.01 mL/s,上清液浊度分别为 119.6NTU、146.8 NTU、130.5NTU,满足了对工业废水悬浮颗粒二级排放标准。此外,双层空心C/TiO2微球光催化剂能够降解的染料的范围相对较广泛的,能够有效地降解罗丹明-B、甲基橙和亚甲基蓝等染料。降解效果排序为:罗丹明-B要优于甲基橙优于亚甲基蓝,降解效率分别能达到97%、96.8%、95.2%。结果发现,在光降解过程中,固体颗粒的存在会降低光催化速率,但影响较小,对降解饱和量基本不影响。通过对两种污水处理剂的综合使用,结果表明,无论是聚丙烯酸铵絮凝剂对固体颗粒的沉降,还是双层空心C/TiO2微球光催化剂对有机污水的光降解都具有很高的实际应用价值。