船舶压载水中携带着大量微生物和病原体,随着船舶的航行和异域排放,压载水中的有害生物被带入世界各地。2019年1月22日起,《2004年国际船舶压载水和沉积物控制和管理公约》正式对我国实施,公约中D-2标准的执行,标志着压载水中有害生物必须经过处理后才能排放,船舶压载水的处理问题越来越受到人们的关注。本文在深入调研当前压载水处理技术的基础上,采用阳极氧化法制备F/Ce-TiO2催化剂,通过光电催化技术对压载水中微生物进行灭活,并深入分析了微生物的灭活机理。本文的主要研究内容包括F/Ce-TiO2催化剂的制备分析和光电催化灭活微生物的效能分析及微生物灭活的机理分析。采用阳极氧化法制备F/Ce-TiO2催化剂,研究了电解液浓度、氧化时间、氧化电压和Ce掺杂比例对催化剂催化性能的影响。通过响应曲面设计试验,分析了影响因素之间的交互作用,得出了最佳制备参数。通过SEM和EDS对最佳参数制备的F/Ce-TiO2催化剂进行了表征分析,证实了 F元素和Ce元素成功掺杂,改性成功。光电催化灭活微生物的效能分析主要研究了光催化和光电催化对微生物的灭活效果,以灭菌率和灭藻率作为指标,通过对试验过程中电压强度、光照强度、温度和pH值的影响进行考察,结果表明了光电催化对比于光催化具有更好的微生物灭活效果,出水能够达到船舶压载水排放标准。通过对催化剂进行12次重复利用,大肠杆菌去除率仅下降了 0.42log,证明了 F/Ce-TiO2催化剂具有优良的重复使用功能。微生物灭活的机理分析主要考察了在不同条件下微生物灭活过程中细胞膜脂质化作用、胞内超歧物氧化酶活性变化、胞内物质泄露情况以及叶绿素a含量变化,发现在光电催化体系下,微生物细胞被破坏的程度更高。试验结果表明了细胞壁(膜)破坏现象、细胞代谢破坏现象以及大分子物质泄漏现象在灭活过程中同时存在,说明在光电催化体系下,多方面原因共同作用造成了微生物的快速死亡。试验结果将为实际工程中压载水高效灭活系统的建立提供理论依据和技术支持,光电催化技术可以有效地解决船舶压载水处理问题,对防止海洋生态系统破坏以及环境污染具有重要的意义。