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电催化介孔滤膜：高盐直接红31废水处理的创新路径

一、引言

1.1研究背景与意义

随着工业的快速发展，印染行业产生的废水已成为水污染的重要来源之一。其中，高盐直接红31废水因其成分复杂、色度高、盐度大等特点，给环境带来了严重的威胁。直接红31作为一种常用的偶氮染料，广泛应用于纺织、皮革等行业，其废水排放不仅会导致水体颜色加深，影响景观，还可能含有多种有害物质，如重金属、芳香胺等，对水生生物和人体健康造成潜在危害。

高盐直接红31废水的高盐度会对传统生物处理工艺中的微生物产生抑制作用，导致微生物脱水死亡、物质吸收过程受干扰阻断死亡以及中毒死亡等情况。盐浓度增加，会使细菌内部溶液浓度低于外界，导致细菌体内水分大量流失，破坏其生物化学反应进程，最终使菌体死亡。盐的加入还会干扰或阻断细菌的物质吸收过程，抑制其生命活性甚至导致死亡。某些盐类进入细菌内部或与细胞膜作用，会破坏生物化学反应进程或改变细胞膜性质，同样导致细菌生命活性受抑制或菌体死亡。这些因素使得高盐直接红31废水的处理难度大幅增加，传统的处理方法难以达到理想的效果。

电催化介孔滤膜作为一种新型的废水处理技术，结合了电催化氧化和膜分离的优势，为高盐直接红31废水的处理提供了新的思路。电催化氧化过程可以在电极表面产生强氧化性的自由基，如羟基自由基（?OH）等，这些自由基能够将废水中的有机物分解为小分子物质甚至彻底矿化为二氧化碳和水。介孔滤膜则具有较大的比表面积和孔隙率，能够提供更多的反应位点，同时实现对废水中污染物的高效截留和分离。通过将电催化与介孔滤膜相结合，不仅可以提高废水处理效率，还能有效缓解膜污染问题，延长膜的使用寿命。

在实际应用中，电催化介孔滤膜处理高盐直接红31废水具有显著的优势。从环保角度来看，它能够有效去除废水中的污染物，降低废水的色度和化学需氧量（COD），减少对环境的污染，有助于保护水资源和生态平衡。从工业发展角度而言，该技术可以实现废水的达标排放或回用，为印染企业节省水资源成本，提高企业的经济效益和社会效益。因此，深入研究电催化介孔滤膜处理高盐直接红31废水的性能和机制，对于推动印染行业的可持续发展以及解决环境污染问题具有重要的现实意义。

1.2国内外研究现状

1.2.1高盐废水处理技术研究现状

高盐废水处理技术一直是环境领域的研究热点，目前国内外常见的处理方法包括物理法、化学法和生物法。

物理法中，蒸发结晶技术应用较为广泛。该技术通过加热使废水蒸发，盐分结晶析出，从而实现水盐分离。例如多效蒸发（MEE）和机械式蒸汽再压缩蒸发（MVR），MEE利用多个蒸发器串联，使前一个蒸发器产生的蒸汽作为下一个蒸发器的热源，提高能源利用率；MVR则通过蒸汽压缩机将二次蒸汽压缩升温后再作为热源，降低能耗。但蒸发结晶技术存在设备投资大、运行成本高、易结垢和腐蚀等问题，对于高浓度有机污染物的高盐废水，还可能导致有机物在蒸发器内积累，影响盐的品质。

膜分离技术也是常用的物理方法，如反渗透（RO）、纳滤（NF）和电渗析（ED）等。RO利用半透膜的选择透过性，在压力作用下使水通过膜而盐分被截留，具有脱盐率高、无相变等优点。然而，高盐废水的高渗透压和复杂成分容易导致膜污染和堵塞，需要频繁清洗和更换膜组件，增加了运行成本。NF对二价及以上离子具有较高的截留率，可用于去除废水中的重金属离子和部分有机物，但对单价离子的去除效果有限。ED则是在电场作用下，使离子通过离子交换膜实现分离，适用于处理含盐量较高的废水，但存在能耗较高、膜易污染等问题。

化学法中，Fenton氧化和臭氧氧化是处理高盐废水有机物的重要手段。Fenton试剂（H?O?+Fe2?）能够产生强氧化性的羟基自由基（?OH），有效降解有机物。但Fenton氧化反应条件较为苛刻，需要控制合适的pH值（一般为2-4），且会产生大量含铁污泥，后续处理困难。臭氧氧化利用臭氧的强氧化性分解有机物，反应速度快、无二次污染，但臭氧制备成本高，且单独使用时对某些有机物的矿化程度有限。为提高处理效果，常将臭氧与催化剂或混凝剂联用，形成臭氧/催化/混凝复合预处理工艺，可使废水中的环链和长链断开，提高废水的可生化性。

生物法处理高盐废水具有成本低、环境友好等优点，但高盐度对微生物的抑制作用限制了其应用。传统的活性污泥法在盐浓度较高时，微生物的生长和代谢会受到严重影响，导致处理效率下降。近年来，研究人员致力于开发耐盐微生物菌群和改进生物处理工艺。例如，采用嗜盐菌处理高盐废水，嗜盐菌能够在高盐环境下维持细胞内的渗透压平衡，保持活性。一些新型生物处理工艺，如厌氧生物处理与好氧生物处理相结合的工艺，也被用于提高高盐废水的处理效果。厌氧生物处