用于防止、治理或修复环境污染的材料统称为环境功能材料,环境的净化与修复在很大程度上都依赖于更高性能环境功能材料的开发。目前废水处理中使用最为广泛、最经济有效的是生物处理技术,而对于难生物降解或有生物毒性的有机物,可采用高级氧化技术。本论文重点研究这两种废水处理技术中的关键环境功能材料:生物膜填料和催化剂。具体研究工作如下:　　 (1)在模拟市政污水的处理中,首次制备并使用圆环形塑料骨架内外表面都有多孔层的新型填料,表面多孔层孔径固定为45ppi(每25cm长度上孔的数量),研究了填料表面多孔层厚度0、2、4、6mm对生物膜厚度、活性以及废水处理效果的影响。研究表明随着表面多孔层厚度的增加:生物膜的厚度增加,挂膜第7天时,其厚度与填料表面多孔层的厚度一致;生物膜浓度逐渐增加,依次为79.7、676.4、2136.6、2180.0mg/L;生物膜活性分析中,比耗氧速率逐渐减小,表明好氧生物膜的活性是逐渐降低的,但是表面多孔层厚度为4mm厚的填料所在反应器中的总耗氧速率是最高的,内源呼吸、NH4+-N、COD的耗氧速率分别为9.7、17.4、140.6mgO2 h-1,在8h的基质消耗速率研究中,表面多孔层为4mm时,COD,NH4+-N的基质消耗速率最快,TN去除效率最高;在挂膜启动阶段的7天时间内,表面多孔层为4mm时,第2天COD和NH4+-N的去除率分别达到74.2％和84.7％,随后逐渐增加直到挂膜结束,这些表明自制填料挂膜启动快。　　 (2)在模拟市政污水的处理中,使用圆环形塑料骨架内外表面都有多孔层的新型填料,其表面层的厚度固定为4mm,研究了填料表面多孔层孔径17ppi、45ppi和85ppi对生物膜厚度、活性以及废水中COD,NH4+-N,TN去除效率的影响。研究表明随着生物膜孔径的增加:挂膜第7天时,生物膜的浓度分别为3535.0、4059.6、3319.0 mg/L;生物膜活性分析中,比耗氧速率相近,但总体上的顺序为45ppi＞17ppi＞85ppi,在连续8h的基质消耗速率以及连续挂膜阶段的COD,NH+-N,TN的去除率表明表面多孔层的最佳孔径是45ppi,并且该新型表面多孔悬浮填料可用于市政污水的处理。　　 (3)在模拟市政污水的处理中,使用自制填料,存在同时硝化反硝化,硝化反应证实为两步反应,先是亚硝酸菌将氨氮氧化为亚硝酸根,硝酸菌接着将亚硝酸根氧化为硝酸根,反应器中亚硝酸根累积少,说明其仅为中间体,第一步为速控步骤。　　 (4)在模拟微污染水的处理中,首次制备并使用了外表面多孔层厚度为4mm、孔径为45PPI,中间圆孔有十字架支撑的表面多孔悬浮填料SP-BioM,并用表面光滑的商品填料BioM进行对比,研究了操作条件包括水力停留时间HRT和入水COD、生物膜活性对微污染废水中COD、NH4+-N、TN去除效率的影响。结果表明:COD去除率随HRT的增加而增加,其中SP-BioM在HRT为3h时即可达到60％以上,而BioM则需4.5h,SP-BioM的TN去除效率在HRT为4.5h时达到50％以上的去除率,而BioM在HRT为8h时TN才有明显的降低,结果表明设计HRT在6h以上较为适宜;入水COD对COD去除率和氨氮去除率影响并不高,但是对TN去除存在明显影响,当COD浓度大于40mg/L,时,TN去除率随COD浓度增加而下降;过低的COD浓度会导致反硝化菌碳源不足而效率降低,确定最适宜的入水COD为40mg/L;8小时的基质消耗速率显示,SP—BioM对COD和TN的降解速率更快,1h时COD去除率就接近60％,之后稳定在80％以上,4h时TN去除率就达到60％左右,而BioM需要3h才能达到60％的COD去除率,需要8h才能达到60％以上,结果显示SP-BioM适合处理微污染废水,其脱氮速率明显优于传统填料BioM,并具有明显的反硝化作用。　　 (5)湿式化学氧化法制备了纳米Fe2(MoO4)3,并利用ICP、XRD、BET、SEM、XPS、NH3-TPD和表面电势等手段对它的物理化学特征进行表征。首次将Fe2(MoO4)3作为多元多相Fenton-like催化剂并用于模型污染物偶氮染料酸性橙Ⅱ的催化降解研究。研究结果表明:湿式化学氧化法制备的产物为无定型的Fe2(MoO4)3,煅烧到550℃时出现纯净的单斜晶相,粒子的粒径大约为200nm;催化剂的比表面积随煅烧温度升高逐渐减少,105℃的Fe2(MoO4)3比表面积为10.5m2/g,而550℃煅烧的降低为4.9m2/g,但是550℃煅烧后杂质减少。与其它催化剂相比,Fe2(MoO4)3具有更高的催化活性和更宽的pH适用范围(3.0-9.0)。例如,当酸性橙Ⅱ初始浓度为100 mg L-1,初始pH为6.7时,在60min内,酸性橙Ⅱ的降解率达到94.1％,是FeOOH的6.0倍。同时Fe2(MoO4)3还具有铁溶出低、结构稳定性好、可反复多次使用等优点。而且,Fe2(MoO4)3具有低的等电位点(2.94)和强的表面酸性位点,在水溶液中催化剂颗粒表面附近可形成微酸性的环境,有利于Fenton-like反应的发生。在Fe2(MoO4)3的均相体系中检测到中间体M002(O2)22-物种,可推测在Fe2(MoO4)3-H2O2体系中钼可活化H2O2氧化降解有机物,与铁催化H2O2产生羟基自由基具有协同作用。