持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants，POPs)对生态环境和人体健康有严重影响，是21世纪亟待解决的重大环境问题。与常规污染物不同，POPs兼具环境持久性、生物累积性、长距离迁移能力和高毒性，对人类和野生动物产生大范围、长时间的危害，造成人体内分泌系统紊乱，破坏生殖和免疫系统，诱发癌症和神经系统疾病。光催化氧化是指在光催化剂的作用下，以廉价、清洁和几乎无穷尽的太阳能为能源，将有机污染物彻底分解成CO<,2>、H<,2>O和其它无机盐。光催化技术不造成二次污染，符合有效、经济和绿色的原则，已成为消除持久性有机污染物的最有应用前景的技术。 本文通过溶胶一凝胶法制备了非金属掺杂TiO<,2>复合氧化物光催化剂，采用X射线粉末衍射(XRD)、紫外一可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、X射线光电子能谱(XPS)、激光粒度分析(PSD)、透射电镜(TEM)和BET等方法对催化剂的晶相构成、光响应特性、元素组成及化学价态、粒度分布、形貌、表面物理化学性质等进行了表征，以偶氮染料为模型污染物，考察了催化剂在紫外光及可见光下的催化活性。此外，开展了光催化氧化/还原应用研究。针对污染水体中重金属离子浓度偏低，难以用传统的物理、化学方法处理的特点，采用P25为光催化剂，探讨了光催化还原法处理水体中Cr(VI)的可行性及主要影响因素。针对粉末催化剂难以回收和重复利用的缺点，通过浸渍—焙烧，将P25负载在玻璃纤维上，构建光催化接触氧化反应器，研究了负载型P25处理印染废水的可行性及工艺参数。 1、硼掺杂TiO<,2>复合氧化物光催化剂 通过X射线衍射发现B掺杂TiO<,2>复合氧化物主要成分为锐钛矿TiO<,2>。B掺杂对锐钛矿TiO<,2>微晶的形成、生长及其晶相转化均有明显的抑制作用。紫外一可见漫反射光谱表明，B掺杂可以使TiO<,2>吸收带边发生轻微红移，但吸收带边受煅烧温度影响很大。随煅烧温度升高，B掺杂TiO<,2>复合氧化物的比表面积急剧减少，从300℃的154.47m<,2>·g<-1>下降到700℃的8.87m<2>·g<-1>。综合考虑催化剂的晶相构成、光吸收特性和表面物理性质，确定500℃为最佳煅烧温度。通过分析样品的X射线光电子能谱，发现仅有少量B进入TiO<,2>晶格，在TiO<,2>禁带中引入杂质能级，实现对可见光响应。根据Ti2p、Ols、Bls光电子峰的面积和元素灵敏度因子，可计算出B掺杂TiO<,2>复合氧化物(BT500)中B203和TiO<,2>摩尔比为0.46，TiO<,2-X>B<,X>中X约为2.0at％。BT500对活性艳红X-3B降解实验表明，B掺杂能够提高TiO<,2>的催化活性。溶液pH对B掺杂TiO<,2>复合氧化物的活性有显著影响，随pH升高， 催化活性降低。活性艳红X-3B在BT500上的降解为表观零级反应动力学过程，速率常数为6.6×10<-3>mg·L<-1>·s<-1>。 2、硼掺杂CeO<,2>-TiO<,2>复合氧化物光催化剂 B掺杂CeO<,2>-TiO<,2>复合氧化物可实现可见光响应，随Ce/Ti比值增加，吸收带边红移。煅烧温度对催化剂的晶相构成和光吸收特性均有显著影响。综合考虑催化剂的晶相组成、稳定性和对太阳能的利用，认为500℃为最优煅烧温度。X射线光电子能谱表明，复合氧化物中存在两种化学价态的B，结合能分别为190.64和192.04eV，前者对应B—Ti—O和B—Ce—O，后者为B—O。催化剂中Ce<3+>和Ce<4+>共存，依据峰面积的比值，可以确定Ce<3+>/Ce<4+>的原子比为1.86。酸性红B的降解实验表明，B掺杂CeO<,2>-TiO<,2>复合氧化物在紫外光下具有很强催化活性，但受溶液pH影响很大，随pH升高，催化活性下降。复合氧化物的催化活性还与前驱中Ce/Ti和B/Ti的比值有关，B<,1.6>Ce<,0.5>-TiO<,2>表现出最高的活性。复合氧化物具有一定的可见光诱导活性，在波长大于402nm可见光照射下，经过120min反应，酸性红B在B<,1.6>Ce<,0.5>-TiO<,2>上的去除率可达68.4％ 3、氮掺杂过渡金属复合氧化物光催化剂 通过X射线粉末衍射发现N掺杂过渡金属复合氧化物主要成分为TiO<,2>，随M/Ti(M=Fe<2+>、Ni<2+>和Cr<3+>)的比值升高，催化剂中出现MTiO<,3>型化合物。紫外一可见漫反射光谱表明，催化剂对可见光有强烈吸收，吸收带边拓展到600nm以上。紫外光下对甲基橙的降解实验表明，掺杂后TiO<,2>在紫外区的活性有不同程度的下降，其中，NCr-TiO<,2>的催化活性下降最大，其次是NNi-TiO<,2>，活性改变最小的是NFe-TiO<,2>。在可见光照射下，NFe-TiO<,2>的活性最高，其次是NCr-TiO<,2>，NNi-TiO<,2>最低。通过测试NFe-TiO<,2>和NNi-TiO<,2>的X射线光电子能谱，发现N进入了TiO<,2>晶格，Ti以+4价态存，Fe主要以+2价存在，但可能存在少量Fe<3+>，Ni以+2价存在。结合XRD和XPS的结果，证实复合氧化物中金属离子主要以MTiO<,3>型化合物的形式存在，该类化合物为窄禁带半导体，对催化剂的催化活性和可见光吸收带边均有很大影响。 4、光催化氧化/还原应用 紫外辐射条件下Cr(Ⅵ)的还原过程分为两个阶段：化学还原过程与光化学/光催化还原过程。前者为Cr(Ⅵ)与有机物的直接氧化还原过程，后者则经历自由基反应过程。OH自由基俘获剂的类型和结构对Cr(Ⅵ)还原效果有很大影响。溶液pH对Cr(Ⅵ)还原的程度和速度均有影响，pH越高，越不利于Cr(Ⅵ)还原。300℃焙烧制备的负载型光催化剂性能稳定、粘结牢固，具有较高的催化活性。溶液pH对X-3B在负载型P25上降解速率有显著影响，随着溶液pH值的升高，降解速度呈下降趋势。共存阴离子CO<,3><2->、SO<,4><2->对降解效果的影响不大，而C1．的存在会显著抑制活性艳红X-3B的降解。负载型P25可以重复使用，在一定程度上解决了粉末催化剂的回收和重复利用问题。