目前,随着社会的快速发展和工业生产的进步,人类社会产生的污染物种类越来越多,人们对污染物处理技术要求也日益增加,传统的污水处理方法如吸附法、膜分离、絮凝沉淀等都存在污染物处理不彻底、耗时长等缺点。光催化技术作为一种新型污水处理方法,有着高效、节能、可重复等众多优点。本文主要从光催化污水处理装置和光催化剂两个方面进行研究,以便促进光催化污水处理技术的推广。在众多半导体光催化剂材料中,Bi2O3是一种新型高效的可见光光催化剂,其优异的性能一直备受科学家们的关注。本文采用高温固相法,通过球磨机把铋粉负载于氧化铝小球的表面,利用高温煅烧制备出氧化铋光催化材料,此制备工艺可以通过调控煅烧温度、时间制作不同规格的氧化铋材料,筛选可知煅烧温度为873K、时间5h的光催化剂性能最好。本文利用机械设计领域的相关理论与方法,对污水光催化处理装置的结构进行创新设计,阐述了装置中轴连接及密封系统、搅拌曝气系统、冷却循环系统、光源系统和气体连接管路的结构设计特点及作用,重点探讨曝气搅拌系统的安装方式及设计理念。以SolidWorks软件作为设计平台,完成该装置的虚拟设计。在本次设计中,搅拌曝气系统的设计是重点,此系统的扇叶以压缩气体喷出时的反推动力推动扇叶转动,喷出的气体可作为曝气介质,通过调节压缩气体气压控制扇叶转速。搅拌曝气系统由扇叶、主轴、法兰、法兰端盖以及空压机组成。根据计算和经验选择,扇叶直径为109mm,主轴直径为32mm,扇叶角度为10～15°,空压机最大气压为0.8MPa。最后,以研制的污水光催化处理装置为样机,孔雀石绿溶液为污染物,自制球磨氧化铋为光催化材料,进行了一系列的光催化实验。通过实验数据分析得到该污水光催化处理装置在现有的实验条件下最佳的工艺参数:反应时间180min、光催化剂用量12.5g、气压0.8MPa、光源功率400W、外加偏压0.6V、溶液PH值4。在此工艺参数下,氧化铋的光催化降解率达到92.8%,明显优于使用实验光催化仪器的光催化降解率 86.6%。