水污染问题已成为21世纪影响人类生存与发展的重大问题。传统的污水处理技术存在着不同程度的耗资大、处理速度慢、净化不彻底和容易造成再次污染等问题，因此，探索和研究更为经济和有效的污水处理新技术和新方法已成为国际上广泛关注的重大课题。光催化氧化技术被认为是最具有应用潜力的污水处理方法之一，已成为该领域的研究热点。在诸多光催化材料中，TiO₂由于具有化学性质稳定、无毒、成本低和抗光腐蚀等优点而被认为是最有应用前景的光催化材料。但TiO₂量子效率低，光生电子与空穴容易复合；带隙能高，仅能吸收太阳光中的紫外部分，导致其光催化效率不高。因此，本论文以提高TiO₂量子效率和拓宽TiO₂光谱响应范围为目的，通过对TiO₂进行改性，分别制备了具有高光催化效率的二元或三元TiO₂复合光催化剂，详细表征了其结构、形貌、表面物理化学性质和光吸收特性，系统研究了其光催化行为，并探讨了其处理各种有机废水光催化活性提高的原因。具体研究内容如下：1.以非离子型表面活性剂为模板剂采用蒸发诱导自组装（EISA）法，制备了一系列不同WO₃含量的有序介孔WO₃-TiO₂复合材料。通过小角X-射线散射、广角X-射线衍射、透射电子显微镜、比表面及孔特性分析、紫外-可见漫反射光谱、X-射线光电子能谱以及拉曼光谱等测试方法对所制备样品的孔结构、形貌、表面物理化学性质、光吸收性质和组成结构信息进行了表征。结果表明，该材料呈二维六方p6mm对称和锐钛矿晶相结构，与无序WO₃-TiO₂复合材料相比，其比表面积（152¹54m2/g）更大，孔径更均一（5.3nm），其比纯TiO₂的帯隙宽度（3.0eV）更窄。将该WO₃-TiO₂样品用于可见光光催化降解水中有机污染物罗丹明B（RB）和2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）的反应中，研究表明，当WO₃掺杂量为3.49%时，WO₃-TiO₂复合材料的可见光活性最高。而且，有序介孔WO₃-TiO₂样品的可见光光催化活性比无序的样品和纯TiO₂的更高，本文对这种活性提高的原因进行了合理分析。2.以三嵌段非离子表面活性剂P123为结构导向剂采用直接共缩合溶胶-凝胶结合水热处理技术，成功制备出了介孔graphene-TiO₂复合材料。其晶相结构、形貌、表面物化性质、光吸收性质以及组成结构信息通过X-射线粉末衍射、透射电镜、扫描电镜、比表面及孔特性分析、紫外-可见漫反射、拉曼光谱和X-射线光电子能谱进行了详细的表征。结果表明，该复合材料呈三维交联介孔形貌和锐钛矿与板钛矿的混合晶相结构，与纯TiO₂相比，该复合材料具有更大的比表面积、更均一的孔径和更窄的带隙宽度。分别在模拟太阳光和可见光下通过罗丹明B和涕灭威的降解实验对graphene-TiO₂复合材料的光催化活性进行了评价。结果表明，适量石墨烯的掺杂可提高TiO₂的光催化活性，本文对这种活性提高的原因进行了初步探讨。3.在前期工作基础上，以三嵌段非离子型表面活性剂P123为结构导向剂采用直接共缩合溶胶-凝胶结合水热处理技术成功制备了graphene-TiO₂/SiO₂三元复合材料，并对其介孔结构、形貌、表面性质、光吸收性质和组成结构信息进行了详细表征。结果表明，通过本方法合成的graphene-TiO₂/SiO₂三元复合材料呈二维六方p6mm对称和锐钛矿晶相结构，孔径分布均一，孔体积和比表面积均较无序的大。以环境内分泌干扰物阿特拉津为目标污染物研究了graphene-TiO₂/SiO₂复合材料在模拟太阳光条件下的光催化活性。结果表明，当graphene的掺杂量为1%，TiO₂:SiO₂摩尔比为4:1时，graphene-TiO₂/SiO₂的光催化活性最高。此外，graphene-TiO₂/SiO₂三元体系的光催化活性明显优于二元体系（graphene/TiO₂或TiO₂/SiO₂）及纯TiO₂。本文对此类复合材料光催化活性提高的原因进行了详细探讨，并且对阿特拉津降解的中间产物进行了分析，并提出降解机理。4.在前期工作基础上，通过一步水热合成法，制备出了石墨烯和电气石共掺杂二氧化钛复合催化剂（G/T-TiO₂）。所得复合催化剂为锐钛矿晶相结构，具有三维交联的介孔形貌。通过模拟太阳光下降解罗丹明B评价了G/T-TiO₂的光催化活性，并考察了其在实际富营养化水体中光催化杀藻的活性。罗丹明B的光催化降解表明，G/T-TiO₂三元体系的光催化活性明显优于二元体系（G-TiO₂或T-TiO₂）及纯TiO₂。光催化杀藻研究表明，G/T-TiO₂复合材料表现出极高的杀藻活性，但是与纯TiO₂相比，并没有表现出明显优势，此结果与光催化降解RB不同。因此，本文对这种活性的提高以及光催化杀藻规律不同于RB的原因进行了探讨和研究。