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近年来，随着我国印染行业的快速发展，染料废水量不断增加。常规处理方法对染料废水难以彻底降解。光催化技术是一种可直接利用太阳能实现催化氧化污染物的环境治理新技术。本文通过制备负载型改性半导体光催化剂，达到提高光催化剂光生电子-空穴对分离效率、拓宽光响应范围窄、减少催化剂易流失目的，构建超声协同非均相催化降解体系实现染料亚甲基蓝(MB)废水高效降解。对负载型半导体光催化剂在实际应用中具有重要的意义。
论文的主要结论如下：
(1)采用溶胶-凝胶法成功制备了不同掺氮量催化剂。实验结果表明，0.2N-ZnO性能最佳；随着掺氮量的增加，催化剂性能呈下降趋势。采用SEM、XRD、UV-Vis、BET、PL表征技术对催化剂进行测试，结果表明：提纯后的硅藻土表面粘附的杂质被去掉，呈圆盘状，孔道结构清晰，N-ZnO颗粒均匀分布于表面；N元素掺杂入ZnO晶格内部，并取代部分O元素；吸收边带发生红移，禁带宽度为3.15eV；负载型催化剂0.2N-ZnO/DE比表面积约为38.5m2/g，平均孔径约5nm。
(2)负载型催化剂0.2N-ZnO/DE稳定性较好，5次使用后仍保持良好的催化性能，对MB废水去除率85%以上，0.2N-ZnO催化剂稳定性能较差，重复使用5次后，对MB废水去除率仅56.3%；通过单因素实验发现，当催化剂投加量为1g/L、MB废水初始浓度为75mg/L、MB废水pH为11、光照时间30min、光源功率500W、超声场协同降解时，催化剂的活性最佳。
(3)通过P-B(Plackett-Burman)筛选实验，筛选出主要影响因素为催化剂投加量、MB废水初始浓度、MB废水pH；BBD(Box-Behnken Design)优化试验设计，建立优化试验模型，分析可知，催化投加量、MB废水初始浓度、MB废水pH值三个因素对MB废水去除率的影响不是简单的线性关系，存在两两交互作用。经验证试验表明，回归模型预测值和实验值较接近，偏差仅为-1.22%。其降解最佳工艺参数为：MB废水浓度为100mg/L，催化剂投加量0.18g、pH为10.96。此时，MB废水去除率达94.94%。
(4)通过动力学实验表明，超声协同光照和仅光照条件下，光催反应速率与MB废水浓度具有良好的线性关系，均符合一级动力学规律。通过自由基清除实验发现，0.2N-ZnO/DE光催化降解MB废水的过程中起主要作用的活性物质是超氧自由基，其降解过程主要通过活性组分攻击显色官能团，使染料溶液脱色，再打开环状结构，进一步氧化成CO2、H2O等。
论文的主要结论如下：
(1)采用溶胶-凝胶法成功制备了不同掺氮量催化剂。实验结果表明，0.2N-ZnO性能最佳；随着掺氮量的增加，催化剂性能呈下降趋势。采用SEM、XRD、UV-Vis、BET、PL表征技术对催化剂进行测试，结果表明：提纯后的硅藻土表面粘附的杂质被去掉，呈圆盘状，孔道结构清晰，N-ZnO颗粒均匀分布于表面；N元素掺杂入ZnO晶格内部，并取代部分O元素；吸收边带发生红移，禁带宽度为3.15eV；负载型催化剂0.2N-ZnO/DE比表面积约为38.5m2/g，平均孔径约5nm。
(2)负载型催化剂0.2N-ZnO/DE稳定性较好，5次使用后仍保持良好的催化性能，对MB废水去除率85%以上，0.2N-ZnO催化剂稳定性能较差，重复使用5次后，对MB废水去除率仅56.3%；通过单因素实验发现，当催化剂投加量为1g/L、MB废水初始浓度为75mg/L、MB废水pH为11、光照时间30min、光源功率500W、超声场协同降解时，催化剂的活性最佳。
(3)通过P-B(Plackett-Burman)筛选实验，筛选出主要影响因素为催化剂投加量、MB废水初始浓度、MB废水pH；BBD(Box-Behnken Design)优化试验设计，建立优化试验模型，分析可知，催化投加量、MB废水初始浓度、MB废水pH值三个因素对MB废水去除率的影响不是简单的线性关系，存在两两交互作用。经验证试验表明，回归模型预测值和实验值较接近，偏差仅为-1.22%。其降解最佳工艺参数为：MB废水浓度为100mg/L，催化剂投加量0.18g、pH为10.96。此时，MB废水去除率达94.94%。
(4)通过动力学实验表明，超声协同光照和仅光照条件下，光催反应速率与MB废水浓度具有良好的线性关系，均符合一级动力学规律。通过自由基清除实验发现，0.2N-ZnO/DE光催化降解MB废水的过程中起主要作用的活性物质是超氧自由基，其降解过程主要通过活性组分攻击显色官能团，使染料溶液脱色，再打开环状结构，进一步氧化成CO2、H2O等。