全球主要工业中所用的染料中,约有70%是偶氮化合物,在印染过程中,作为废液排出,对人类健康及生态系统有很大的危害。因此,在废液排入环境中之前,进行染料的降解是至关重要的。多相光催化作为一种高级氧化技术（AOP）正引起人们的日益重视。N型半导体TiO₂因其具有优良的光学和电学性质、化学性质稳定、高效能、低成本、无二次污染等优点而备受青睐。然而,在实际应用中超细TiO₂主要存在三个问题:（1）光生e^-/h⁺的复合几率高,导致低量子效率;（2）超细纳米粒子难以从悬浮体系中分离,导致无法回收利用,易于团聚、表面积低、吸附能力差等缺陷也限制纳米TiO₂的发展;（3）锐钛矿带隙较宽（3.2eV）,能利用的太阳能仅占太阳能总量的大约4%–5%。因此,近年来研究重点主要为发展TiO₂负载型光催化剂。其中,天然粘土由于具有良好的机械和化学稳定性,高比表面积以及强吸附能力,而成为理想的载体材料。海泡石是一种纤维状硅酸盐粘土矿物,属2:1型层,具有分子尺寸的通道,是一种非膨胀性的,具有高比表面积的多孔粘土矿物。此外,海泡石的酸性[SiO₄]和碱性[MgO₆]中心具有将吸附的有机物转变为活化络合物的能力,从而加速降解过程。高比表面积的纤维状海泡石,具备作为有效载体的潜力。此外为了解决无法利用太阳光的问题,对TiO₂进行改性以期提高其量子效率和催化活性及拓展可见光响应范围。其中,离子掺杂（阳离子或阴离子）用于在TiO₂的带隙中引入能态,减小光生e^-/h⁺的复合,并将激发波长阈值扩展至可见光波段,从而提高其对可见光利用率。阴离子掺杂剂由于在元素周期表上与O更近的距离,被认为是比阳离子更适合的掺杂剂。其中,N因为具有较低的电离能以及与O相当的离子半径(N^3-:0.146 nm,O^2-:0.140 nm),被证明是最有效的阴离子掺杂剂之一。阳离子掺杂机如稀土离子具有不完全填充的4f轨道结构,丰富的能级,易产生多电子组态,且其激发态和基态的能量比较接近,在可见光区能部分吸收可见光,使f电子从基态跃迁到激发态,从而使其光吸收波段移向可见区,常被用作催化剂或者催化剂助剂,因此稀土离子掺杂是TiO₂光催化活性提高的另一种思路。本论文的主要工作是以具有纤维状形貌的海泡石（Sep）为研究对象,根据其成分、物相及结构,首先开展了海泡石提纯活化及纤维解束的工艺研究,将自然沉淀法和微波酸化法结合对海泡石原矿进行提纯除杂,此外进行了物理冷冻干燥法及化学改性法对海泡石解束的对比研究,为海泡石为载体制备复合材料提供基础。其次,以提纯活化后海泡石为载体,将微波水热法引入TiO₂/Sep纳米复合材料的制备作为核心,同时以OG溶液为光催化目标降解物,考察了不同制备条件对材料性能的影响,系统研究了Ti/Sep比例、催化剂投加量、染料初始浓度、溶液pH等因素对TiO₂/Sep纳米复合材料光催化降解OG的影响,对不同实验条件下光催化降解OG过程中的光催化反应动力学进行探讨。最后,针对TiO₂/Sep纳米复合材料仅能利用紫外光的局限,以非金属N和不同稀土离子单掺杂与共掺杂改性来提高对可见光的吸收和光催化性能为研究目标,对所合成的双功能复合材料进行结构表征和可见光活性研究,同时进行了实际废水降解性能验证,并探究这种负载型催化剂的循环再生可行性。本文的创新点在于:（1）提出一种可用于中低品位海泡石的提纯与纤维解束方法。采用自然重力沉降法去除石英和滑石,微波酸化法去除可溶性碳酸盐同时对海泡石活化,通过物理方法冷冻干燥或者化学方法表面有机改性实现海泡石的纤维解束。（2）首次采用微波水热法替代传统煅烧法制备出TiO₂/Sep复合材料,快速微波水热法保留了海泡石完整的孔径与大比表面积,避免煅烧法所带来的海泡石结构变化及粒子团聚等问题。（3）引入非金属元素N和稀土元素Eu,首次报道通过掺杂处理制备N-Eu共掺杂TiO₂/海泡石复合材料,实现复合材料的可见光响应。论文取得的成果以及主要结论如下:（1）本研究所用海泡石纯度较低,主要杂质为石英、方解石及滑石等,热稳定性较高,形貌呈短纤维状,纤维间互相胶结在一起。自然沉淀法可除去石英等杂质,微波水热可除去碳酸盐等杂质,原矿通过自然沉淀提纯及微波酸化8 min后可得到高纯海泡石,品位从原矿的42%增加到90%以上。物理冷冻干燥处理可以在不破坏海泡石长径比的前提下,有效使海泡石纤维束分散成单根纤维。在-50°C条件下冷冻12 h后可得到高度分散的海泡石纤维,并且晶体结构依旧保持完整。化学改性处理可以增加纤维的表面电位,通过纤维之间强的排斥力抑制已分散纤维之间的再次团聚。经HDTMA改性后的海泡石表现出最佳的分散性及最高的比表面积。（2）分别采用常规煅烧法及微波水热法制备TiO₂/Sep纳米复合材料。不同制备工艺会影响负载TiO₂结晶度、TiO₂晶体尺寸、复合材料孔隙率、复合材料比表面积及材料光催化性能。煅烧处理会在一定程度破坏载体海泡石的有序层状结构,增加负载锐钛矿纳米粒子尺寸,减小复合材料BET比表面积,导致光催化活性的降低。与常规煅烧法相比,微波水热法可以在短时间内制备出锐钛矿晶体尺寸小,结晶度好,比表面积高的纳米复合材料。采用微波水热法制备的复合材料比采用常规煅烧法制备的复合材料普遍具有更高的光催化活性。（3）不同Ti/Sep比例对TiO₂/Sep纳米复合材料的光催化性能影响较大。在不投加催化剂或者催化剂仅为原始海泡石时,OG的光催化降解率低,可忽略不计。Ti/Sep比例为40 mmol/g时,复合光催化剂表现出最佳的光催化活性。改进的L-H动力学模型可以很好的描述不同实验参数对降解反应的影响。动力学研究表明大多数降解反应都符合拟一级动力学反应模型,而在高OG浓度条件下时,降解过程符合零级动力学反应模型。当催化剂投加量为0.8 g/L、OG初始浓度为10 mg/L、pH值为3时,经过150 min紫外光照后,降解率高达98.8%,此时表观速率常数k_app的值为30.74×10^-3 min^-1。（4）采用四种不同氮源（氨水、尿素、乙二胺和三乙胺）,通过微波水热法成功制得一系列N-TiO₂/Sep纳米复合材料。通过XRD表征分析表明,材料的结晶度与掺杂剂的沸点有关,高沸点的掺杂剂如UR和EDA可抑制锐钛矿晶体的生长,海泡石表面负载的锐钛矿晶粒尺寸明显减小。TEM-EDX图像证实材料中N的成功掺杂,BET结果表明N掺杂可提高材料的比表面积,XPS能谱揭示N以Ti-O-N-O的形式间隙掺杂在TiO₂的晶格中,而C仅对纳米复合材料表面进行改性。间隙N通过在O 2p价带上端形成孤立的N 2p态而起到过渡杂质能级的作用,C作为光敏剂减少光生载流子的重新复合。两者协同作用,共同产生可见光催化活性。UV-Vis DRS分析结合可见光降解实验的结果表明,NTS-EDA显示出最窄的禁带宽度（2.64 eV）,具有最宽的可见光吸收范围,其可见光催化活性优于未掺杂TiO₂/Sep及单一N氮杂的TiO₂/Sep纳米复合材料。另外掺杂N比例是影响催化活性的因素,当Ti/N理论添加摩尔比为4时,所制备的复合材料具有最佳的光催化性能。（5）采用六种不同稀土（La、Ce、Pr、Nd、Eu及Gd）,通过微波水热法制得一系列RE-TiO₂/Sep纳米复合材料。稀土离子掺杂样品比未掺杂样品的锐钛矿结晶度更高,Ti-O-RE的形成有效地抑制了二氧化钛纳米粒子的团聚和晶体生长。N₂吸附-脱附分析表明经RE³⁺掺杂后,结构性能得到改善。XPS分析证实了Ti⁴⁺离子和Ti³⁺离子的共存。此外,大部分掺杂样品对可见光的吸收强度更强,吸收范围更广。总之,稀土离子掺杂样品的结构、化学性质及光催化活性的提高程度与所掺杂RE³⁺的类别有关。在所有掺杂样品中,Eu-TiO₂/Sep表现出更高的光催化活性,经过10 h可见光照射后,对OG的降解效率达到72%以上。在光降解过程中,Eu空的4f能级作为光生电子清除剂,而表面吸附的OH^-充当空穴陷阱。因此材料优异的可见光活性主要归因于有效的电子转移、更多·OH的产生、光生e^-/h⁺的良好分离。（6）采用微波水热法对TiO₂进行N-Eu共掺杂,前驱体分别采用EDA和Eu（NO₃）₃,掺杂完成后,将其负载在海泡石表面。XRD表征分析表明,Eu³⁺掺杂对锐钛矿相TiO₂微晶的形成和生长有明显的促进作用,锐钛矿结晶度随着Eu³⁺掺杂量的增加而增强,锐钛矿相晶粒尺寸逐渐增大,同时也对TiO₂由锐钛矿相向金红石相的转变有促进作用。当Eu³⁺的掺杂量足够高时,样品中的TiO₂产生了相变。SEM-TEM图像证实材料中N-Eu的成功共掺杂,海泡石纤维上所负载的TiO₂结晶度高,且颗粒之间分散均匀,团聚较少;BET结果表明N-Eu共掺杂复合材料具有相对较大的比表面积,并且呈现出良好的介孔特质;PL光谱揭示Eu³⁺掺杂没有引起新的发光现象,而只是影响PL光谱强度,适量的Eu³⁺掺杂可以起到降低e^-/h⁺的复合几率,提高光生载流子寿命的作用;UV-Vis DRS分析表明共掺杂复合材料的禁带宽度与Eu³⁺的掺杂量之间是线性变化的关系,共掺杂样品对光吸收性能的影响以N的的掺杂起主要作用。N原子和Eu原子在复合材料中的存在状态不同,导致N掺杂和Eu³⁺掺杂的可见光敏化机理不同。N掺杂方式为间隙掺杂,带隙能的降低是在O 2p价带上形成局部N 2p态,其在光子的跃迁过程中可起到过渡杂质能级的作用。Eu³⁺掺杂导致Ti-O-Eu的形成,Ti⁴⁺和Ti³⁺的共存促使了有效的电子转移、更多·OH的产生、光生e^-/h⁺的良好分离。二者的协同效应使得N-Eu共掺杂复合材料表现出比单掺杂复合材料更高的可见光催化活性。（7）对实际废水进行光催化降解反应之前需先进行絮凝沉淀的预处理,其中FeCl₃具有最佳的絮凝效果,最佳投加量为600 mg/L。N-Eu-TiO₂/Sep复合材料对实际的印染废水有较高的COD_Cr去除率,将印染废水先稀释后降解具有更好的降解效果,COD_Cr去除率达到80%以上。样品重复使用的降解效果表明N-Eu-TiO₂/Sep复合材料具有一定的稳定性,其在重复使用五次后对COD_Cr的去除率仍高于65%。从SEM图可以看出经过五次重复使用后,掺杂的TiO₂仍然很好的负载在海泡石表面上且结合牢固。优异的光催化活性、高稳定性及良好的重复利用性表明N-Eu-TiO₂/Sep复合材料在处理工业废水方面具有潜在的应用前景。