为探究能耗低、出水质量高的污水处理工艺,本论文独创性地将半导体催化剂阴极以膜组件形式用于微生物燃料电池中,该系统可从三个方面实现水质净化:阳极室生物分解水中有机物;半导体催化剂阴极在光、电协同作用下高效去除水中物质,包括生物毒性物质(四环素)、无机物(氨态氮)、有机物等;阴极膜过滤进一步提高出水品质。系统中阴极电极上的催化剂是Ag/RGO/BiVO4,由水热法制备。催化剂与粘合剂(中性硅溶胶)混合后涂覆在不锈钢基层上,进步得到具有过滤、导电、光电催化功能的电极材料。材料表征(UV-vis,SEM,TEM,XRD,XPS,CV)结果表明:经Ag和RGO共修饰后的BiVO4扩宽了对可见光波的利用范围,由545 nm增加为585 nm;由于Ag的表面等离子体效应及RGO的导电性质,复合物表现出优良的光、电化学性能。阴极膜性能(截留率、水通量、抑菌)测试结果说明:膜的水通量为300 L·m-2h-1,光照条件下能够抑制粪大肠菌群的生长。通过电极材料优化结果得知:催化剂与二氧化硅质量比为5:1且涂覆量为0.002 g/cm2时光电催化活性相对较高。水质(实际景观水,四环素溶液,氯化铵溶液)净化数据证明:阴极室内,四环素分子在120 min内去除率84%,矿化率54%;实际景观水中COD在12小时内去除率67.3%,氨氮去除率为68.4%,同时阳极室COD由67.4 mg/L减小为8.4 mg/L,净化效率为878 mg·h-1m-2;氯化铵溶液在3小时内去除率为78.7%,总氮去除率为63%;弱酸性环境(pH=5)利于提高底物去除率;系统在120 min内最高电压有0.361 V,功率值最大为285.6 mV·m-2;氧气和电解质直接影响水质净化和系统产电效能。捕获实验表明,·O2-和空穴是光催化的主要活性物种。利用该系统净化有机污水(实际景观水),无机污水(氯化铵溶液),生物毒性污水(四环素溶液),均能得到较好出水水质。它利用清洁能源(太阳能)同时实现物质资源化(产能),在追求节能、环保、高效水处理道路上有广阔发展前景。