纳米TiO₂光催化技术作为一种高级氧化技术,在污染物降解方面具有降解效率高、无二次污染等优点。但是,纯的纳米TiO₂光催化性能不强,限制了它的应用。为了提高纳米TiO₂的光催化活性,必须对其进行改性。矿井水是一种可重复利用的水资源。将改性纳米TiO₂应用于矿井水处理中,对缓解我国水资源紧张,实现矿区经济可持续发展具有重要意义。采用溶胶-凝胶技术合成WO₃掺杂改性纳米TiO₂和改性聚乙二醇（PEG）的TiO₂。运用XRD、SEM、XPS、IR、TG-DTA等测试手段,研究了改性二氧化钛的物理化学性质。考察了改性纳米TiO₂对甲基橙的光催化降解情况和动力学:研究了催化剂投加量、溶液初始浓度、反应时间、反应温度、pH对甲基橙降解的影响,优选出最佳掺杂量的改性TiO₂。比较了在光催化和光氧化两种作用下甲基橙降解的动力学。考察了7种无机离子对改性TiO₂光催化降解矿井水中COD的影响,HCO₃^-、SO₄^2-、Cl^-和Ca²⁺,在矿井水中的实际浓度时对两种光催化剂（PEG400-TiO₂和TiO₂）的性能均有抑制作用,抑制作用大小为HCO₃^-＞SO₄^2-＞Cl^-＞Ca²⁺;Cl^-在相对低浓度范围时（0.9～8.9mmol/l）,对两种光催化剂的性能有促进作用;Mn²⁺在矿井水中实际浓度时（0.0013mmol/L）,对光催化性能没有影响,当Mn²⁺浓度＞0.013mmol/L就对TiO₂光催化性能有抑制,当Mn²⁺浓度＞0.039mmol/L才对PEG400-TiO₂光催化性能有抑制。Cu²⁺在其浓度为0.008～0.072mmol/L对两种光催化剂性能有促进作用,其浓度＞0.072mmol/L对光催化性能有抑制作用;和Mn²⁺、Cu²⁺一样Fe³⁺在矿井水中实际浓度时（0.0457mmol/L）,对两种光催化剂没有影响,但在浓度（0.2～0.7mmol/L）对光催化剂的性能均有显著促进作用,但浓度＞0.8 mmol/L对光催化性能有抑制作用。通过两因子方差分析,各离子浓度均与实际矿井水中离子浓度相近条件下,HCO₃^-和SO₄^2-,HCO₃^-和Cl^-,SO₄^2-和Cl^-对两种光催化剂均降解率均有显著影响;Mn²⁺和Cu²⁺对两种光催化剂均降解率均没有显著影响;Mn²⁺和Ca²⁺,Cu²⁺和Ca²⁺中的Ca²⁺对两种光催化剂的降解率均有显著影响,而Mn²⁺和Cu²⁺没有影响。研究了活性炭负载改性TiO₂处理矿井水的中试试验,针对超标严重的指标,氟化物、浊度、色度、Hg²⁺、Cr⁶⁺、大肠菌群、细菌总数等参数进行5d的试验,结果良好。并对其稳定性和工艺的经济效益进行了初步分析。