目前我国各种染料产量已经达到90万吨,染料产量已占全球70%以上,染料废水已经成为污染环境的重点污染源之一,染料污水的处理与净化也越来越受重视,已经成为中国乃至世界的研究热点。现如今,染料污水的净化有多种方法,在各种净化染料污水的方法中,以半导体纳米材料作为催化剂的光催化净化染料污水的技术发展迅速,这些纳米材料大多是n型半导体化合物,如TiO2、ZnO、CdS、ZnS、MoO3、WO3等,在这些n型半导体化合物中,具有催化活性高、稳定性好、成本低等优点的TiO2受到追捧。但TiO2也有自身的局限性,由于TiO2的禁带较宽,对可见光响应能力差,对太阳光的吸收能力具有一定限度,光生空穴和电子容易复合,影响了其进一步的应用,如今更多的研究聚焦在提高TiO2光催化效率或者合成更高效的光催化剂上。本论文使用掺杂Cu、Fe和一系列碳材料的方式来提高TiO2的光催化净化染料污水的性能,具体实验方案是通过水热合成纯TiO2和TiO2-MWCNTs、TiO2-RGO、TiO2-Graphite二元纳米复合物和TiO2-MWCNTs-Fe2O3、TiO2-MWCNTs-CuO、TiO2-RGO-Fe2O3、TiO2-RGO-CuO三元纳米复合物,考察了水热温度和MWCNTs、RGO、Graphite含量以及相同碳材料含量条件下Cu、Fe含量对TiO2的微观结构和光催化性能的影响,对样品进行XRD、SEM、TEM、FTIR、XPS、UVVIS表征和模拟的光催化实验测定其微观结构和光催化净化染料废水的性能。结果表明水热温度对TiO2的光催化净化染料废水的性能有一定的影响,当水热温度为150℃时,光催化剂的实际比表面积最大,光催化活性最好。TiO2-MWCNTs、TiO2-RGO、TiO2-Graphite二元纳米复合物的光催化净化染料废水性能高于纯TiO2,并且当MWCNTs、GO、Graphite的掺杂质量百分比分别为0.09%、0.15%、0.3%时TiO2-MWCNTs、TiO2-RGO、TiO2-Graphite纳米复合物的光催化性能最好,并且TiO2-RGO 的光催化性能相对TiO2-MWCNTs、TiO2-Graphite 更好一些;TiO2-MWCNTs-Fe2O3、TiO2-MWCNTs-CuO、TiO2-RGO-Fe2O3、TiO2-RGO-CuO三元纳米复合物的光催化净化染料废水的性能比TiO2-MWCNTs、TiO2-RGO二元纳米复合物进一步提高,Fe掺杂TiO2-MWCNTs和TiO2-RGO的光催化性能最大值都出现在掺杂含量为0.1%时,Cu掺杂TiO2-RGO的光催化性能最大值出现在掺杂含量为0.075%时,但Cu掺杂TiO2-MWCNTs的光催化性能的最大值在紫外光条件和可见光条件下分别出现在掺杂含量为0.05%和0.075%时。MWCNTs、RGO、Graphite对TiO2光催化净化染料废水的性能的提高与TiO2和这些碳材料表面形成的异质结界面和TiO2光学带隙的减小有关,异质结界面的存在可以使TiO2表面上产生的光生电子被转移到碳材料的表面,从而降低了TiO2表面上光生电子和空穴的复合率,提升TiO2对已吸收的光能的利用效率;TiO2光学带隙的减小则使其吸收光能的效率提高,这两个方面协同提高了TiO2的光催化性能。Cu、Fe对TiO2光催化性能的提高与Cu2+、Fe3+掺杂进入TiO2的晶格中代替Ti4+会降低其光学带隙,并造成TiO2晶格缺陷,从而捕获更多的光能有关;也与生成的Fe2O3和CuO可以转移TiO2吸收光子能量产生的光生电子,从而降低了TiO2表面上光生电子和空穴的复合率有关。另外Cu掺杂的光催化净化染料废水的性能提升的效果比Fe的要好,这可能与CuO和Fe2O3转移电子的能力不同有关。