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目前工业废水中对于染料和氨氮的处理效果虽能达标，但仍存在处理成本较高或未对污染物进行降解或可能对环境造成二次污染的问题。
多功能水凝胶是一类通过改性或接枝共聚等方法使功能单一的水凝胶具有两种或两种以上功能的新型水凝胶。其中结合了微生物的生物处理和水凝胶物理、化学处理的固化微生物水凝胶已被广泛应用于废水处理。大多数研究主要集中于探究固化后水凝胶的吸附性能及各因素对其吸附性能的影响，但根据不同废水特点研发出有针对性并能高效处理的水凝胶的研究相对较少，且多数水凝胶存在废弃后难降解的问题。本课题基于以上背景，针对废水中染料难降解和氨氮较难在同一体系中处理的特点分别设计了微生物发泡的单结构和核壳结构的多功能水凝胶，所制备的水凝胶均能为微生物提供安全的生存环境，且具有既能高效去除污染物又能在材料废弃后进行自我降解的多功能性，这将为废水深度处理提供一条新思路。
本研究的主要内容与结论:
(1)以酵母菌(YE)为发泡剂，聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素(CMC)为原料制备了PVA/CMC/YE双降解水凝胶，采用FTIR对其官能团进行了表征、Zeta电位分析以及结晶性分析共同证明了其合成机理:PVA与CMC之间的氢键作用、PVA和CMC的结晶作用以及酵母菌与PVA/CMC之间的静电作用。通过SEM观察、BET和TG测试以及水凝胶的溶胀度测定表明了酵母菌的引入利于水凝胶三维网络的构建并提高了其热稳定性和溶胀度，且随着酵母菌量的增加，水凝胶的三维网络结构越规整、比表面积越大、平均孔径越来越小，热稳定性和溶胀度也随之提高。
(2)研究了双降解水凝胶对亚甲基蓝(MB)的去除以及其生物降解性，结果表明:酵母菌的引入既提高了水凝胶对MB的吸附效率，又使水凝胶具有了既能降解MB，又能在废弃后自行降解的双降解性。对MB的去除机制以化学吸附为主，静电吸附和生物降解为辅，吸附动力学符合伪二级动力学模型，吸附等温模型符合Langmuir模型;酵母菌代谢产生的胞外酶促进了材料中PVA的降解、提高了CMC的降解率。
(3)以PVA和壳聚糖(CS)为核原料、海藻酸钠(SA)和Ca2+为壳原料制备了PVA-CS/SA-Ca2+核壳水凝胶，采用FTIR表征和XPS测试共同证明了其形成机理:PVA/CS之间的氢键交联、SA/Ca2+之间的螯合作用以及核壳中SA未交联的羟基与CS未交联的氨基之间的氢键交联。通过SEM观察表明水凝胶的壳结构致密，而核结构相对疏松，且PVA/CS质量比越大，核的网络结构越明显;SA浓度越大、SA/Ca2+交联时间越长，壳壁越厚。通过单因素筛选和曲面响应分析得到水凝胶溶胀度的最佳实验条件为SA浓度5％、SA/Ca2+交联时间90min、PVA/CS质量比1∶0.7，溶胀度最大为50g/g。
(4)核中包覆反硝化菌、壳中负载硝化菌制备了双负载PVA-CS/SA-Ca2+核壳水凝胶。通过SEM观察表明菌的引入使核的三维网络更加规整，壳的孔洞结构略微增加。通过水凝胶对氨氮废水的去除及产脂肪酶性研究，结果表明:水凝胶具有同步硝化反硝化性，而且核、壳结构避免了pH、温度对两种菌活性的影响，在30℃～35℃下对低碱性(pH=8.5)、低C/N(C/N=4)的氨氮废水具有较好的同步硝化反硝化脱氮效果;且壳中硝化菌代谢产生的脂肪酶，不仅提高了材料对低C/N废水的去除效果，还提高了水凝胶的生物降解性。
多功能水凝胶是一类通过改性或接枝共聚等方法使功能单一的水凝胶具有两种或两种以上功能的新型水凝胶。其中结合了微生物的生物处理和水凝胶物理、化学处理的固化微生物水凝胶已被广泛应用于废水处理。大多数研究主要集中于探究固化后水凝胶的吸附性能及各因素对其吸附性能的影响，但根据不同废水特点研发出有针对性并能高效处理的水凝胶的研究相对较少，且多数水凝胶存在废弃后难降解的问题。本课题基于以上背景，针对废水中染料难降解和氨氮较难在同一体系中处理的特点分别设计了微生物发泡的单结构和核壳结构的多功能水凝胶，所制备的水凝胶均能为微生物提供安全的生存环境，且具有既能高效去除污染物又能在材料废弃后进行自我降解的多功能性，这将为废水深度处理提供一条新思路。
本研究的主要内容与结论:
(1)以酵母菌(YE)为发泡剂，聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素(CMC)为原料制备了PVA/CMC/YE双降解水凝胶，采用FTIR对其官能团进行了表征、Zeta电位分析以及结晶性分析共同证明了其合成机理:PVA与CMC之间的氢键作用、PVA和CMC的结晶作用以及酵母菌与PVA/CMC之间的静电作用。通过SEM观察、BET和TG测试以及水凝胶的溶胀度测定表明了酵母菌的引入利于水凝胶三维网络的构建并提高了其热稳定性和溶胀度，且随着酵母菌量的增加，水凝胶的三维网络结构越规整、比表面积越大、平均孔径越来越小，热稳定性和溶胀度也随之提高。
(2)研究了双降解水凝胶对亚甲基蓝(MB)的去除以及其生物降解性，结果表明:酵母菌的引入既提高了水凝胶对MB的吸附效率，又使水凝胶具有了既能降解MB，又能在废弃后自行降解的双降解性。对MB的去除机制以化学吸附为主，静电吸附和生物降解为辅，吸附动力学符合伪二级动力学模型，吸附等温模型符合Langmuir模型;酵母菌代谢产生的胞外酶促进了材料中PVA的降解、提高了CMC的降解率。
(3)以PVA和壳聚糖(CS)为核原料、海藻酸钠(SA)和Ca2+为壳原料制备了PVA-CS/SA-Ca2+核壳水凝胶，采用FTIR表征和XPS测试共同证明了其形成机理:PVA/CS之间的氢键交联、SA/Ca2+之间的螯合作用以及核壳中SA未交联的羟基与CS未交联的氨基之间的氢键交联。通过SEM观察表明水凝胶的壳结构致密，而核结构相对疏松，且PVA/CS质量比越大，核的网络结构越明显;SA浓度越大、SA/Ca2+交联时间越长，壳壁越厚。通过单因素筛选和曲面响应分析得到水凝胶溶胀度的最佳实验条件为SA浓度5％、SA/Ca2+交联时间90min、PVA/CS质量比1∶0.7，溶胀度最大为50g/g。
(4)核中包覆反硝化菌、壳中负载硝化菌制备了双负载PVA-CS/SA-Ca2+核壳水凝胶。通过SEM观察表明菌的引入使核的三维网络更加规整，壳的孔洞结构略微增加。通过水凝胶对氨氮废水的去除及产脂肪酶性研究，结果表明:水凝胶具有同步硝化反硝化性，而且核、壳结构避免了pH、温度对两种菌活性的影响，在30℃～35℃下对低碱性(pH=8.5)、低C/N(C/N=4)的氨氮废水具有较好的同步硝化反硝化脱氮效果;且壳中硝化菌代谢产生的脂肪酶，不仅提高了材料对低C/N废水的去除效果，还提高了水凝胶的生物降解性。