TiO₂作为一种无机光敏半导体材料,由于其价格低廉、化学性质稳定、低毒、无污染、光催化活性高、可在常温常压下彻底氧化有机污染物等优点,被公认为最佳光催化剂,已成为研究的热点之一。但由于颗粒状的纳米TiO₂催化剂存在回收困难的问题,而涂膜纳米TiO₂催化剂存在易脱落、光催化利用率较低等的问题,影响了纳米TiO₂催化剂的应用与推广。本文以研发简便有效、稳定可控的TiO₂纳米管阵列的制备工艺为基础,提高纳米TiO₂光催化活性和可见光响应能力为目的,开发了能应用于有机污染物光催化降解的Ag纳米粒子表面修饰的TiO₂纳米管阵列光催化剂和N掺杂TiO₂纳米管阵列光催化剂的制备新工艺,并以甲基橙的光催化降解实验评价了催化剂的双光源光催化性能,最后选择在紫外区光催化活性较高的Ag/TiO₂催化剂,对冷凝废水中主要污染成分乙醇和乙酸进行了实验室模拟条件下的紫外光催化降解的初步研究。针对TiO₂纳米管阵列制备方法中存在的问题,将双石墨作为阴极引入制备工艺,提出以0.5 mm厚、2 cm×12 cm的Ti片作为阳极,氟化铵、丙三醇和水作为电解液,成功制备了双面TiO₂纳米管阵列光催化剂。通过实验确定了最佳制备工艺条件为:NH4F浓度为0.25 mol/L,丙三醇和水的体积比为2∶1,阳极氧化电压为20 V,阳极氧化时间为2 h,煅烧温度为450℃,煅烧4 h。通过SEM、XRD、XPS等物理表征手段,结果表明该条件下制备出的TiO₂纳米管表面清晰完整,排列整齐,纳米管直径在120 nm左右,纳米管壁厚在12 nm左右;纳米管的晶型为锐钛矿相,O与Ti的原子百分数比为2.45∶1。同时对基于此法的纳米管的形成机理作了初步探讨,提出了TiO₂纳米管的形成分为两个过程,即Ti溶解氧化为Ti4+并形成[Ti F6]2-和[Ti F6]2-再向TiO₂沉淀转化的两个过程,并且认为两个过程是协同进行的,二者的反应速率决定了TiO₂纳米管的表观结构。在双面阳极氧化制备工艺的基础上,以提高紫外光光催化活性为目的,采用超声雾化-紫外光还原联合的方法在锐钛矿相TiO₂纳米管表面上成功进行Ag纳米粒子的修饰过程。实验确定了最佳修饰工艺条件为:硝酸银的浓度为2.0g/L,乙醇和水体积比为1∶4,光源为11 w紫外灯,紫外光照还原30 min。对比Ag/TiO₂和TiO₂在紫外光辐照下的光催化活性,结果表明:Ag/TiO₂具有更高的光催化活性,比TiO₂提高了25%以上,同时以图形的方式探讨了Ag纳米粒子在TiO₂纳米管表面的修饰机理。通过SEM、XRD、XPS等物理表征表明:TiO₂纳米管的直径为120 nm左右,纳米管管长1700 nm左右,Ag纳米粒子的粒径在10 nm左右,Ag纳米粒子较均匀地分布在TiO₂纳米管的管壁上,Ag纳米粒子修饰过程并未改变TiO₂的锐钛矿晶相,Ag的平均原子百分数为1.11%。基于室温条件下亚硝酸钠与尿素在酸性溶液中放出氮气的反应,研究了一步阳极氧化法制备N掺杂TiO₂纳米管阵列的制备新工艺。优化的制备工艺条件为:亚硝酸钠的浓度为0.20 mol/L,盐酸的浓度为0.20 mol/L,尿素的浓度为0.30 mol/L,其它条件与阳极氧化法制备TiO₂的条件相同。通过SEM谱图分析表明N/TiO₂的管径为100 nm左右,管壁厚为10 nm左右,管长为600 nm。XRD分析结果显示经450℃相同温度煅烧后的晶型仍为锐钛矿相,但101晶面的特征吸收峰明显增强,并且N/TiO₂与TiO₂的紫外可见漫反射光谱的对比结果表明N/TiO₂在530 nm左右的可见光区具有较强、较宽的吸收峰,扩展了对可见光区的吸收能力。XPS谱图分析N的原子百分数为3.41%。通过光催化活性实验研究表明,N/TiO₂的紫外光光催化活性比TiO₂提高了18%,而氙灯模拟的可见光光催化活性提高了38%。用紫外光光照下对模拟冷凝废水中的乙醇和乙酸的降解实验研究表明:阳极氧化时间为120 min、NH4F浓度为0.25 mol/L、丙三醇和水的体积比为2︰1、紫外光源为11 w紫外灯,阳极氧化电压为25 V时制备的TiO₂基光催化剂对乙醇和乙酸的光催化降解最佳;并且当乙醇和乙酸的浓度均为120 mg/L时,用Ag/TiO₂降解150 min后的降解效率分别达到92%和79%;考察光催化剂对乙醇和乙酸的多次和持续运行的性能表明,TiO₂与Ag/TiO₂光催化剂均具有较好的稳定性,并且持续运行480min后,均能达到100%的去除效果。以羟基自由基的生成而引起的氧化反应为Ag/TiO₂固体催化剂表面的光催化反应的机理,应用Langmuir-Hinshelwood动力学模型,建立了光催化反应的总速率方程,并且给出了速率常数k和吸附常数K的表达式。