高效水处理是解决水资源缺乏问题的有效途径。光流体学可以将光催化反应与微流控技术结合,大幅提高光利用率、反应速率及处理效果,实现对光催化水处理的高效强化。其中微反应器结构设计优化和光催化剂优化是研究的重点方向。本研究课题从微反应器结构模拟设计和光催材料掺杂优化两个方面出发,设计了一种具有流量控制精确、反应时间短、样品体积小、光利用效率高的光催化集成微流体平板反应器,探究其对亚甲基蓝的降解性能和连续化操作性能,并进行重复性实验。具体研究内容如下:首先,利用流体力学模拟分析优化通道级数,设计了具有5级对称树状通道的TiO2平板微反应器。速度场和压力场模拟结果表明,多级通道在一定程度上有利于反应器内流体的均匀分布和层流稳定流动。进而,通过调控通道高度,研究不同高度的微通道对其光催化性能的影响。研究发现50μm微反应器的降解性能及连续操作性能均优于100μm。其次,以亚甲基蓝为模拟废水对微反应器及釜式反应器的反应动力学,微反应器的污染问题和连续操作性能等进行研究。研究表明,微反应器在不同流速下对亚甲基蓝均能实现连续高效降解,降解率远高于釜式反应器。当流速为55μl/min、反应停留时间为7.78 s时对16 ppm亚甲基蓝可达到95%的降解率并保持较好的连续操作性能及重复使用性能。微反应器在高流速下表现良好的降解性能,1000μl/min流速时降解率可到达30%。最后,为了进一步强化微反应器光催化降解性能,对纳米TiO2进行Y、Yb稀土离子掺杂,并对掺杂比例与反应温度进行筛选优化。研究表明,0.40 mol%Yb,1.0 mol%Y的比例和600℃的煅烧温度,有利于强化光催化活性,增强在可见光下的光催化能力。对Y/Yb-TiO2微反应器进行反应物浓度、反应物流速、反应温度、光照条件等不同条件下的对比分析,结果表明降解性能依次为Y/Yb-TiO2＞Y-TiO2＞TiO2。通过Y/Yb掺杂,可见光下降解性能提升明显,微反应器的稳定性和连续操作性能都得到进一步提升。本课题从微反应器结构设计和光催化剂两个方面对平板微反应器进行优化,对微反应器性能的基础性能到应用探索有一个较为系统的研究。平面微反应器继承了微流体的优点,为微流控光催化水处理提供了一种高效可行的方案。