印染废水具有COD高、染料浓度大、成分复杂的特点,是一类难处理的工业废水。其中偶氮染料在印染废水中占大部分比例,且其抗光降解和生物降解。光催化作为高级氧化技术,具有氧化性强的特点,已被广泛应用于处理各种难降解废水。然而,使用单一的光催化技术存在能耗大、不适于处理高浓度染料废水等局限性。在分段式光催化微生物组合系统中,无论光催化作为前置处理还是后置处理,光催化氧化时间的参数难以确定,影响了其在实际应用中的推广。因此,本文引用光催化微生物组合系统这个概念,利用海藻酸钙将微生物(光合细菌)与光催化剂共固定在同一载体中,发挥光催化微生物耦合作用处理印染废水。本研究采用双聚氰胺和P25为原料,制备具有可见光响应的g-C3N4-P25复合光催化剂。利用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱分析仪(FT-IR)、环境扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和N2吸附-脱附等手段对催化剂进行结构表征分析。并以偶氮染料活性艳红X-3B为研究对象,考察g-C3N4-P25复合催化剂的光催化性能,实验结果表明质量比为1.5(g-C3N4/P25=1.5)合成的光催化剂活性最优,发挥了 g-C3N4和P25的协同效应。机理研究表明,复合催化剂的光催化活性物种主要是·O2-和h+。以光合细菌以及自制的g-C3N4-P25复合光催化剂为基础,采用海藻酸钠将两者进行共固定,合成了光催化-微生物复合材料,并对其表面进行了 SEM分析。以模拟印染废水(染料浓度50 mg/L、COD约1500 mg/L)为研究对象,对比了固定光催化剂、固定光合细菌以及光催化-微生物复合材料降解染料和COD的规律。实验结果表明:光催化-微生物复合材料的染料脱色率和COD去除率分别为94%、84.7%,远远大于固定光催化剂与固定光合细菌处理模拟印染废水的能力,证实了光催化与微生物耦合系统的优越性。并讨论了光催化剂负载量、光合细菌添加量、模拟废水pH值以及模拟废水中染料浓度等因素对该复合材料降解能力的影响以及对其进行了稳定性和普适性研究。最后,利用UV-Vis、FT-IR以及气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)等手段对反应残留物进行表征,分析光催化与微生物之间相互作用的关系,推测活性艳红X-3B的降解途径。根据实验结果可推测:由光催化产生的自由基和光合细菌共同破坏染料的偶氮结构,生成的苯胺类化合物经过一系列的水解、氧化还原作用生成多种具有苯环结构的化合物,然后自由基破坏苯环结构产生长链烷烃,减少芳香烃化合物的累积对光合细菌活性的影响。光合细菌及时利用光催化生成的长链烷烃,产生分子量较小的物质,最后矿化为CO2和H2O。