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苯胺类有机废水广泛产生于各种工业生产中，每年排放量巨大。此类废水具有极强的生物毒性，传统的生化处理方法难以满足日益严苛的排放标准，因此亟须寻找一种新型高效的处理工艺。高级氧化工艺中，尽管单一的光催化和电催化体系均具有一定的降解效果，但是由于光催化体系光生载流子较易复合，电催化体系矿化效率有限，它们的使用仍然受到一定限制。为进一步提高降解和矿化效率，于是开发出一种新型组合工艺-光电协同降解工艺来处理此类废水。
光电协同工艺在一个混沌的反应体系中完成。该体系以TiO2作为光催化剂、以Ti/IrO2和石墨作为电催化极板，并在一定的紫外光照和外电场的条件下运行。基于此体系，本研究以常见的3,4-二甲基苯胺（3,4-DMA）废水为研究对象，通过与光催化和电催化的比较，分析了光电协同体系中单因素对降解效率的影响，并结合响应面模型进一步优化了光电协同体系的降解条件。最后深入探究了最优条件下光电协同降解过程中的降解机理和协同机理。具体结论如下：
（1）探究了单因素对于光催化、电催化和光电协同催化降解的影响，并通过响应面法对光电协同催化降解进行工艺优化，得出了最优工况点。单因素试验表明光催化体系中3,4-DMA的光催化效率与光催化剂投加量、紫外光功率和初始pH值呈正相关，与氯离子浓度呈负相关。相比于Ti和石墨阳极，电催化体系中Ti/IrO2阳极对3,4-DMA的降解效果最好，电催化效率与氯离子浓度、电流密度呈正相关，与初始pH值呈负相关。在光电协同体系中，协同降解效率与电流密度、紫外光功率、氯离子浓度和TiO2的投加量呈正相关。当曝气量为0.2L/min（0~1.5L/min内）时，3,4-DMA的降解效果最佳。选择紫外光功率、电流密度和初始pH值进行响应面分析，得出响应面模型为：Y=-0.24-0.0081A+0.024B+0.028C-0.00047AB-0.0019AC-0.00017BC+0.0015A2-0.00013B2+0.000042C2。根据模型得出在初始pH为3.00，电流密度为70mA/cm2，紫外光功率为12W的条件下，3,4-DMA的协同降解效率最高。
（2）探究了光电协同降解过程中的降解机理。通过循环伏安法、抑制剂试验和电子自旋共振检测确定了体系中主要的活性物质为HClO、羟基自由基（·OH）和氯类自由基（CRS）。通过自由氯的定量测定和HClO累积模型的拟合，将反应分为以下三个阶段：HClO的缓慢累积期（反应前10min）、线性增加期（反应10~40min）和平台期（反应40min后）。进一步结合抑制剂试验等，得出缓慢累积期主要依靠HClO对3,4-DMA的氧化作用，而线性增加期和平台期主要依靠·OH和CRS对中间产物的氧化作用。结合中间产物的动态分析得出苯胺类物质的主要降解机理为：缓慢累积期内，HClO直接攻击3,4-DMA的侧链，将其羧基化和羟基化生成3,4-二甲基苯酚、2-氨基-6-甲基苯甲酸和1,2,4-苯三甲酸等中间产物，同时HClO也将3,4-DMA脱落的-NH2大量去除。线性增加期内，在CRS、·OH的共同氧化下，苯酚与苯甲酸类中间产物通过脱羧化、羟基化和氯基化将苯环开环，生成小分子的氯代烷烃、羟代烷烃和烷烃，进而完成部分矿化。平台期内，在CRS与·OH的共同氧化下，小分子物质进一步被矿化。
（3）探究了光电协同降解过程中的协同机理和影响协同效应大小的控制因素。对比了光催化、电催化和光电协同催化对3,4-DMA、TOC和TN的去除效果，确定了光电协同体系中协同效应的存在。进一步比较三种体系中HClO产量、·OH的产量、DO的动态变化和中间产物的差异，得出光电协同降解苯胺类物质的协同机理共有三点：其一为外加电场促进了光催化子系统中·OH的产量，外加光源促进了电催化子系统中·Cl和·OH的产量；其二为电催化子系统中产生的氧气为光催化子系统提供了更多的电子受体，从而增加了光催化子系统·OH的产量；其三为HClO、CSR与·OH在功能上存在协同作用，HClO先将3,4-DMA中的-NH3迅速脱除，在·OH的协助下，CRS和HClO再将其进一步氧化为携带有-COOH基团的酸类中间产物，随后HClO和CRS将这些酸类中间产物快速氧化，最终提高了溶液中TOC的去除率，达到了协同效果。最后提出了协同度的计算公式，量化了协同效应的大小。以TOC的去除率作为指标时，发现协同度与紫外光功率的大小呈负相关，与电流密度呈正相关。并且在酸性和中性条件下，光电协同效应较强，而在碱性条件下，光电协同效应较差。
光电协同工艺在一个混沌的反应体系中完成。该体系以TiO2作为光催化剂、以Ti/IrO2和石墨作为电催化极板，并在一定的紫外光照和外电场的条件下运行。基于此体系，本研究以常见的3,4-二甲基苯胺（3,4-DMA）废水为研究对象，通过与光催化和电催化的比较，分析了光电协同体系中单因素对降解效率的影响，并结合响应面模型进一步优化了光电协同体系的降解条件。最后深入探究了最优条件下光电协同降解过程中的降解机理和协同机理。具体结论如下：
（1）探究了单因素对于光催化、电催化和光电协同催化降解的影响，并通过响应面法对光电协同催化降解进行工艺优化，得出了最优工况点。单因素试验表明光催化体系中3,4-DMA的光催化效率与光催化剂投加量、紫外光功率和初始pH值呈正相关，与氯离子浓度呈负相关。相比于Ti和石墨阳极，电催化体系中Ti/IrO2阳极对3,4-DMA的降解效果最好，电催化效率与氯离子浓度、电流密度呈正相关，与初始pH值呈负相关。在光电协同体系中，协同降解效率与电流密度、紫外光功率、氯离子浓度和TiO2的投加量呈正相关。当曝气量为0.2L/min（0~1.5L/min内）时，3,4-DMA的降解效果最佳。选择紫外光功率、电流密度和初始pH值进行响应面分析，得出响应面模型为：Y=-0.24-0.0081A+0.024B+0.028C-0.00047AB-0.0019AC-0.00017BC+0.0015A2-0.00013B2+0.000042C2。根据模型得出在初始pH为3.00，电流密度为70mA/cm2，紫外光功率为12W的条件下，3,4-DMA的协同降解效率最高。
（2）探究了光电协同降解过程中的降解机理。通过循环伏安法、抑制剂试验和电子自旋共振检测确定了体系中主要的活性物质为HClO、羟基自由基（·OH）和氯类自由基（CRS）。通过自由氯的定量测定和HClO累积模型的拟合，将反应分为以下三个阶段：HClO的缓慢累积期（反应前10min）、线性增加期（反应10~40min）和平台期（反应40min后）。进一步结合抑制剂试验等，得出缓慢累积期主要依靠HClO对3,4-DMA的氧化作用，而线性增加期和平台期主要依靠·OH和CRS对中间产物的氧化作用。结合中间产物的动态分析得出苯胺类物质的主要降解机理为：缓慢累积期内，HClO直接攻击3,4-DMA的侧链，将其羧基化和羟基化生成3,4-二甲基苯酚、2-氨基-6-甲基苯甲酸和1,2,4-苯三甲酸等中间产物，同时HClO也将3,4-DMA脱落的-NH2大量去除。线性增加期内，在CRS、·OH的共同氧化下，苯酚与苯甲酸类中间产物通过脱羧化、羟基化和氯基化将苯环开环，生成小分子的氯代烷烃、羟代烷烃和烷烃，进而完成部分矿化。平台期内，在CRS与·OH的共同氧化下，小分子物质进一步被矿化。
（3）探究了光电协同降解过程中的协同机理和影响协同效应大小的控制因素。对比了光催化、电催化和光电协同催化对3,4-DMA、TOC和TN的去除效果，确定了光电协同体系中协同效应的存在。进一步比较三种体系中HClO产量、·OH的产量、DO的动态变化和中间产物的差异，得出光电协同降解苯胺类物质的协同机理共有三点：其一为外加电场促进了光催化子系统中·OH的产量，外加光源促进了电催化子系统中·Cl和·OH的产量；其二为电催化子系统中产生的氧气为光催化子系统提供了更多的电子受体，从而增加了光催化子系统·OH的产量；其三为HClO、CSR与·OH在功能上存在协同作用，HClO先将3,4-DMA中的-NH3迅速脱除，在·OH的协助下，CRS和HClO再将其进一步氧化为携带有-COOH基团的酸类中间产物，随后HClO和CRS将这些酸类中间产物快速氧化，最终提高了溶液中TOC的去除率，达到了协同效果。最后提出了协同度的计算公式，量化了协同效应的大小。以TOC的去除率作为指标时，发现协同度与紫外光功率的大小呈负相关，与电流密度呈正相关。并且在酸性和中性条件下，光电协同效应较强，而在碱性条件下，光电协同效应较差。