染料废水成分复杂、色度高、毒性大，直接排入水体将造成严重的污染。采用一般的化学和生物等方法处理染料废水的效果均不理想。应用二氧化钛光催化技术，可将染料废水中的有机污染物氧化成CO2、H2O和其他无毒的无机物，实现高效氧化处理的目的，且具有发展太阳光的潜力。二氧化钛（TiO₂）的禁带宽度较宽（3.2eV），仅能被波长较短的紫外光激发才会产生电子-空穴对，因此对太阳光的利用率很低；另外，反应过程中光生电子空穴的复合，导致光量子效率很低。采用过渡金属离子掺杂，可以提高TiO₂的光催化活性。相比纳米TiO₂粉体和薄膜，TiO₂纳米管具有更大的比表面积和更强的吸附能力。将TiO₂制备成纳米管是提高其光催化活性的新途径，但目前关于TiO₂纳米管掺杂改性以提高其光催化活性的研究报道极少。光催化反应过程中，吸附是光催化反应的先决条件，吸附性能的好坏与光催化反应的速率密切相关。然而在以往的研究中，有关TiO₂纳米管对有机物的吸附鲜有报道。本文以商业TiO₂（P25）为前驱体，采用水热法制备得到了铁系过渡金属离子掺杂的TiO₂纳米管。通过SEM、TEM、XRD、BET和UV-vis分析技术对其进行了表征。结果显示：P25经水热反应后，生成了分散性较好的具有均匀中空管状结构的TiO₂纳米管，管壁多层且两端开口；生成的TiO₂纳米管既不是锐钛矿型，也不是金红石型，Fe³⁺、Co²⁺和Ni²⁺的掺杂不会对TiO₂纳米管的微观形貌和晶型结构产生影响；水热法合成的TiO₂纳米管的N2吸附-脱附等温线为典型的IUPAC IV型等温线，BJH孔径分布曲线表明生成的TiO₂纳米管的内径比较均一；相比P25，未掺杂和铁系过渡金属离子掺杂的TiO₂纳米管具有较好的光吸收能力，随着离子掺杂量的增加，样品的吸收边出现了明显的红移。以亚甲基蓝溶液为体系，研究Ni²⁺的掺杂量、pH、温度等因素对Ni²⁺掺杂TiO₂纳米管吸附性能的影响，探究吸附对光催化活性的影响。实验表明，TiO₂纳米管的吸附性能要优于作为原料的P25，Ni²⁺掺杂提高了TiO₂纳米管的吸附能力，当Ni²⁺掺杂量（摩尔分数）增加到5%时（记为Ni-TNTS-5），平衡吸附量达到最大值；随着pH值的增加，Ni-TNTS-5的吸附性能先增大后减小，当pH=10时，平衡吸附量达到最大值；当温度从20℃增加到30℃时，Ni²⁺掺杂TiO₂纳米管的吸附能力增强；Ni²⁺掺杂TiO₂纳米管对亚甲基蓝的吸附等温方程，Langmuir吸附模型比Freundlich吸附模型拟合较好；相比P25，TiO₂纳米管对亚甲基蓝的降解性能明显增强，Ni²⁺掺杂TiO₂纳米管的降解性能优于未掺杂的TiO₂纳米管，Ni²⁺掺杂量的大小直接影响TiO₂纳米管的光催化效率；吸附性能的好坏与催化剂的光催化活性密切相关，但并不是吸附性能越好，催化剂的光催化活性越好。以亚甲基蓝的光催化降解为探针反应，研究等量不同铁系过渡金属离子掺杂TiO₂纳米管的光催化降解活性。掺杂铁系过渡金属离子的TiO₂纳米管的光催化效率均优于未掺杂的TiO₂纳米管。其光催化效率由大到小的排列顺序为Ni²⁺＞Fe³⁺＞Co²⁺＞纯。可以采用简单的重力沉降法分离回收实验中用过的铁系过渡金属离子掺杂的TiO₂纳米管，且回收后的样品仍具有较高的吸附光催化性能。