以TiO2为主的半导体光催化氧化降解水或空气中有机污染物,是近年来研究最广泛的技术之一。TiO2对有机物的表面吸附是光催化过程的前置步骤,但传统二氧化钛颗粒易凝聚,而催化剂负载技术存在的主要问题是负载型吸附剂的再生困难。介孔TiO2纤维,由于其具有大比表面积和易于分离的特点,可兼顾吸附和催化的特点,能够有效提高目标污染物的去除效率。本文以溶胶-凝胶法制备掺硅TiO2连续纤维,通过化学改性和不同气氛活化热处理工艺获得了具有丰富表面功能团和分层孔结构的水处理功能化新材料。此纤维可通过光催化/敏化形式降解表面富集态染料,从而使纤维原位再生。以水中难降解偶氮染料MO、X-3B和K-2BP为探针,采用吸附等温线、吸附动力学和吸附热力学解析染料吸附原理,结合XRD、FT-IR、UV-Vis DRS、PL、 SEM、XPS及N2吸脱附等温线等多种表征分析技术对改性的TiO2晶体纤维进行了表面-结构分析。系统的研究了改性及活化纤维的吸光位点、晶体结构、表面缺陷等理化特性,探讨了改性工艺或焙烧气氛与吸附催化性能之间的构效关系。本文的工作主要是开发能够实现循环降解-原位再生的半导体光催化水处理技术,研究结果为制备具有实用化前景的光催化材料提供理论依据,实验内容分三个部分：第一部分,以HF和HNO3为表面改性剂,着重讨论了酸改性TiO2连续纤维的表面性质、对染料的吸附行为及在紫外和可见光下的光催化性能。纤维通过氢氟酸腐蚀溶硅后,产生出一种分层介孔结构。在TiO2表面的-OH基团不易与F-产生离子交换,这是由于Ti4+中心与电负性的F-离子毗邻而产生的诱导效应。在氢氟酸表面腐蚀后,通过硝酸进行表面质子化处理,得到表面酸改性TiO2纤维。X-3B在表面吸附呈Langmuir等温吸附模型,饱和吸附容量为19.03mg/g,且6倍于未改性TiO2。吸附过程是一个自发放热反应,吸附动力学遵循准二级吸附动力学模型。将该改性纤维作为光催化剂在可见光下反应45min,水中X-3B的降解率可达98%,其一级反应动力学常数是未改性纤维的163.4倍。高光催化活性可归因于协同效应,即分层介孔结构和质子化表面对X-3B的高吸附性能。研究结果为制备具有可见光响应的光敏化材料提供低能耗实用方法。第二部分,以改性纤维为原材料,研究阴离子偶氮染料在TiO2纤维表面的吸附富集过程及其在环境空气下的原位可见光光敏化降解过程。以水中难降解的磺酸基阴离子偶氮染料为探针,评价了其水相吸附富集、气相(空气)光催化/敏化降解及原位同步再生的全程效能,对相关机理进行了初步探讨。结果表明,TiO2纤维使用前的HF预处理具有孔结构优化和表面亲水性改性的双重功能,有利于该纤维保持基于发达介孔结构的物理吸附能力,同时有效增强表面的羟基化质子与水中染料磺酸基的静电吸附作用,并在pH=3时获得最大吸附容量；与水分离后,纤维表面的富集态染料在可见光照射(>420nm)下能实现快速的光催化/敏化降解且纤维的重复使用性能良好,重复使用5次后,水中K-2B的降解速率没有明显变化。根据研究结果,针对TiO2晶体纤维光催化和/或光敏化降解水中同类染料的实际应用,提出了“水中高效富集-离线光降解再生”的新思路。第三部分,采用溶胶凝胶法,以钛酸四丁酯为钛源,引入正硅酸乙酯为偶联剂,制备TiO2纤维前驱体。采用四种气体：惰性气体N2、富氧性气体O2、缺氧性气体steam以及对比气体air分别对TiO2纤维进行700℃焙烧处理。四种焙烧气氛下得到产物均为锐钛矿,但N2焙烧下具有较明显的晶格畸变。热处理后steam和air气氛下纤维表面Ti-OH含量较高,亲水性较强。实验条件下,加入的Si可大部分转化为Si-O-Ti中的Si原子,以Si3+形式存在,且Si-O-Ti成键越多者纤维越紧密,反之越疏松。对于steam焙烧样品,Ti2p向低结合能方向红移约0.2eV,证明了Ti3+的存在。纤维在缺氧气氛下可避免有机物碳化,利于产生大量的介孔结构,增大纤维产物的比表面积和孔容。紫外光下对X-3B的降解率以焙烧气氛排序为steam>air>O2>N2。实验表明,由于steam焙烧纤维具有优异的吸光性质,使其对光照210min后30mg/L的X-3B的降解率可达到99%,表观速率常数kapp为0.014。研究结果为制备具有缺陷结构亲水介孔TiO2纤维提供理论依据。