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当今水污染问题日益严重，TiO2在降解水中难生化有机物方面显示了特有的优势，应用前景广阔。在光催化反应中，提高TiO2本身的光量子效率和催化体系降解污染物的效果显得尤为重要。本文为了提高TiO2纳米管光催化效率，在对其阳极氧化制备条件进行优化的基础上，开展了TiO2纳米管与H2O2联合氧化技术和TiO2纳米管自身的金属掺杂改性两方面的研究。
在含0.5wt％氟化铵和0.3M硫酸铵的电解液中，甘油与水体积比为2∶1，自然pH下，电压30V，氧化时间为2h时，制备出外貌最为清晰、结构规整的TiO2纳米管，管长约1.8μm，管径约为90～130nm。经500℃煅烧，光催化反应2h，甲基橙降解率为99.00%。各制备因素对纳米管外貌尺寸、晶型等特性产生影响，进而影响其光催化性能。含Cl-电解液制备TiO2纳米管的形貌不如含F-电解液制备的效果好，光催化效果也较差。阳极氧化时间和(NH4)2SO4主要通过影响管长来实现对光催化效果的可控。未经热处理的无定形TiO2纳米管光催化活性很差。经600℃煅烧后光催化活性最高；500～700℃之间混晶状态的TiO2纳米管比400℃时纯锐钛矿相的降解效果好。
TiO2纳米管和H2O2两者联合可以加速有机物污染物的降解。正交试验确定了各因素对降解效果影响大小依次为：pH、MO初始浓度、H2O2浓度、煅烧温度。通过单因素实验研究发现：酸性条件有利于甲基橙的降解。甲基橙初始浓度增加，降解率下降。光催化反应效率随着H2O2用量增加而不断提高。综合考虑确定最优条件为：煅烧温度为500℃、pH为6、H2O2浓度为0.4mM、MO浓度为20mg·L-1，60min时甲基橙降解率为90.87%。所研究降解反应均符合一级反应动力学，表观反应速率常数变化趋势与降解率分析结果相一致。
在TiO2纳米管金属掺杂改性研究中，电解液含0.01MCuSO4，电压为0.5V，电化学沉积1h制备得到Cu-TiO2纳米管。FE-SEM结果显示Cu-TiO2纳米管保持着完整规则的管状结构，Cu的有效掺入在一定程度上改善了纳米管外貌。XRD和XPS分析显示样品中Cu含量约为0.34at%，以CuO的形式存在，Cu的掺入可以有效改善TiO2的结晶度。铜掺杂TiO2纳米管在紫外光和太阳光下的降解反应均符合一级反应动力学规律，甲基橙降解速率常数约是未掺杂纳米管速率常数的1.6倍。太阳光降解实验中Cu-TiO2纳米管对低浓度甲基橙降解效果显著，较高浓度时降解率很低。Cu-TiO2纳米管具有良好的光催化稳定性。