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当今世界,环境污染和能源短缺是制约当今社会发展的两个重大问题。有毒有机污染物的降解和可再生能源生产成为环境和能源研究领域共同关注的热点之一。积极开发环境友好且符合经济发展的有毒污染净化技术,同时实现有毒污染物治理中的资源转化,成为关系中国可持续发展以及实现“美丽中国”的重要战略需求。光催化-生物降解直接耦合（ICPB）技术是将光催化技术和生物膜降解技术直接耦合在同一反应器内,光催化剂将高浓度废水快速降解到低浓度,生物膜则利用光催化降解次级产物进行生长代谢;此外,生物膜生长代谢消耗低毒性有机碳源并释放出代谢物O2,光催化剂降解高毒性有机物并消耗O2,使得二者在同一反应器内相互耦合相互促进,实现对有毒有机污染物的快速彻底矿化。因此,ICPB技术克服了单独光催化降解不彻底以及单独生物膜降解时间长等缺点,极大提升了有毒有机废水的降解效率,在国际上被普遍认为是最前沿和最具潜力的有毒污染治理技术。然而这种技术同样存在着光催化剂活性低、载体对光衰减严重,导致有毒有机废水降解效率低;生物膜量有限,生物质采收困难,难以实现废水治理中的资源转化等缺点。为了改良ICPB技术,进一步提升反应器对有毒有机废水的降解效率和资源转化能力,本文以ICPB降解对含酚废水为研究对象,主要开展了以下三项研究工作:（1）为了提升光催化活性及光能利用与转化效率,研制了新型可见光响应光催化空心光纤。首先采用溶胶-凝胶法制备了上转换发光剂(Er3+:YAlO3),随后采用乙醇作为分散液将TiO2、Er3+:YAlO3及SiO2配置成光催化溶胶,采用提拉法将溶胶涂覆在空心石英光纤表面,研制出基于Er3+:YAlO3/SiO2/TiO2（EYST）材料的可见光响应光催化光纤;其次,搭建光催化光纤降解酚类废水实验系统,优化光催化反应条件（如废液温度、浓度、PH等）,探究了不同条件下光催化光纤降解酚类废水的性能。实验研究表明:4-氯苯酚（4-CP）废水浓度为100mg/L,流速为10ml/min,温度为55℃,pH为6时,EYST涂覆光催化光纤在10小时内对其降解率达到69.82%,液相总有机碳降解率为42.57%,脱氯率为65.21%。（2）在EYST涂覆光催化光纤研究基础上,为了进一步提升光催化反应器降解含酚废水的性能,研制了N/Ag/SiO2/TiO2（NAST）紫外-可见光催化材料,并将其涂覆在空心光纤表面,获得了NAST涂覆光催化空心光纤;设计了新型光催化-生物降解直接耦合（ICPB）反应器,并搭建NAST涂覆光催化光纤降解酚类废水实验系统,探究了NAST涂覆光催化光纤在ICPB反应器内对含酚有毒有机废水的降解性能。实验研究表明:NAST涂覆光催化光纤表面催化材料厚度为20μm,ICPB反应器中废液体积为100ml,温度为35℃,pH为7,NAST涂覆光催化光纤在14小时内对高浓度苯酚废水（200mg/L）的降解率达到99.15%,TOC降解率达到81.11%,10小时内对4-CP废水（50mg/L）的降解率达到96.04%,TOC降解率达到68.02%,脱氯率为68.22%。（3）为了实现高效含酚废水降解与资源转化（微藻生物质生产）,构建了基于NAST涂覆光催化光纤与斜生栅藻耦合的ICPB反应器。对比研究了单独生物膜（B）、单独光催化（P）和光催化-生物膜直接耦合（ICPB）体系降解有毒有机废水性能。实验研究表明:ICPB体系对废水的降解性能明显优于B体系和P体系,ICPB体系在与P体系相同的实验条件下,完全降解200mg/L的苯酚废水所需时间比P体系少8小时,对液相总有机碳的降解率为P体系的1.31倍,完全降解50mg/L的4-CP废水所需时间比P体系少6小时,对液相总有机碳的降解率为P体系的1.39倍,脱氯率为P体系的1.30倍。ICPB反应系统运行20天,降解4-CP性能不变;ICPB反应器中微藻生物膜干重和生物膜油脂含量分别达到197mg和24.81%,相比于正常营养液培养的生物膜均有所提升。