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面对当前全球性的能源短缺和环境问题,实现资源的高效可循环利用,是目前资源开发中的关键环节。钢铁工业生产过程中产生大量的矿渣废料,其中伴随着相当数量的有价元素或材料。如何对这些有价成分进行恢复或加以利用引起了越来越多研究者的关注,这不仅节约金属和矿物资源,而且对于环境保护也具有重要的意义。长久以来,国内的含钛高炉渣（TB）在资源化利用处置中存在利用率低和二次污染的问题,亟需开发高效、环保的高价值利用途径,因此,本文围绕含钛高炉渣的有效再利用展开了含钛高炉渣基光催化材料设计制备及其在水污染控制中的研究工作,主要的研究内容和结论如下:（1）以TB为原料,采用酸解离-共沉淀方法制备催化剂Ti O2@LDH（TL）,通过控制反应条件实现催化剂的晶型调控和光吸收性能提升。利用SEM、TEM、XRD等表征证实TL是一种类水滑石（LDH）负载纳米二氧化钛（Ti O2）颗粒材料,LDH的二维结构与正电荷特性基质层有助于纳米Ti O2颗粒的分散和吸附性能的提高。锐钛矿相Ti O2和金红石相Ti O2混晶体系构建同质结构造,有利于光生电子（e-）-空穴（h+）沿各向异性晶面传输到TL表面,同时晶格Ti3+和氧空位（OV）缺陷结构促进良好的电子分离和迁移性能。TL对盐酸四环素（TC）的暗吸附去除率为19.51%,紫外光催化去除率为94.43%（120 min）。TL具有良好的p H适应能力和循环稳定性。光催化反应机制研究表明,材料改性显著强化了TL的紫外光吸收能力,TL的价带（VB）位置（2.86 e V）要正于E（OH-/·OH）（1.99 e V）,聚集在VB底的空穴（h+）能够将催化剂表面的氢氧根（OH-）氧化为羟基自由基（·OH）,h+和·OH作为反应体系中主要的活性物种攻击TL表面的TC分子,伴随着加成、去甲基、羟基化、开环、脱氮等反应,降解为一系列低分子副产物,最终矿化为CO2、H2O和NH4+等无机化合物,环境风险降低。（2）为了提高催化剂的可见光利用效率和吸附容量,采用稀土元素铈（Ce）进行掺杂改性合成催化剂Ce-Ti O2@LDH（Ce TL）。研究表明,Ce的引入促进了纳米孔结构的形成,显著提高了比表面积,增强了材料的吸附性能。Ce TL表面形成丰富的Ti3+/OV缺陷位点,有效提升光生电子-空穴的转移速率,减少电子传递过程中的能量损失。掺杂比为10%的Ce TL对TC的暗吸附去除率为50.92%,可见光照90 min对TC的去除率为93.39%,表观速率常数k为0.0331 min-1,比TL的k值(0.0023 min-1)提高14.39倍。反应体系中低浓度的氨氮、高浓度的总磷、分子量为1 k Da～3 k Da的溶解性有机物对催化活性的抑制作用最显著。可见光照时,光激发电子能够以较低能级转移到Ce 4f能级并被Ce4+捕获,实现光生载流子的有效分离,然后通过Ce4+与Ce3+的可逆转化,为Ce TL表面的O2提供e-,生成超氧自由基（·O2-）,抑制了光生电子空穴的复合。此外,VB上的光生h+与水中的OH-反应生成·OH,活性物种·O2-和·OH协同降解TC。Ce TL的VB位于2.06 e V,导带CB位于-0.50 e V,·O2-（-0.33 e V）的形成比·OH（1.99e V）的形成更有优势,·O2-为主要活性物种。Ce掺杂改变了晶体结构,强化了吸附能力,降低了带隙宽度,提高了可见光响应,提升光生电子空穴分离传输效率,多方位协同强化Ce TL的可见光催化反应性能。（3）为了强化材料的可见光催化性能,以表界面媒介增强光生电子-空穴的分离传输效率,突破晶体本征分离的限制,采用石墨相氮化碳（g-C3N4）与TL经过高温煅烧合成异质结体系g-C3N4/Ti O2@LDH（CNTL）。研究发现,g-C3N4分子通过化学键以二维纳米片形态耦合于TL表面构筑稳定的异质结结构,缩短了电子迁移传输的有效距离,有效促进光生载流子在界面间的分离迁移;同时大量介孔结构的形成增加了比表面积和表面活性位点。可见光照60 min对TC的去除率为96.37%,k值是Ce TL的1.74倍,活性物种产率提高,增强材料的抗菌性能。CNTL属于Z型异质结,当受到可见光激发后,g-C3N4的VB作为光生电子捕获阱,捕获来自于TL的CB顶的e-,降低了g-C3N4的CB上e-和TL的VB下h+复合的几率,促使g-C3N4的CB上聚集更多e-,能够与催化剂表面的O2反应生成·O2-,而TL的VB下聚集更多的高氧化电势h+,与催化剂表面的OH-反应生成·OH,使CNTL具有优异的氧化还原能力,将TC从水体中高效去除。（4）为了研究含钛高炉渣基光催化材料实际应用的可行性,采用CNTL对清淤底泥脱水余水进行光催化降解实验,分析余水中TC的光催化降解效果,揭示光催化对余水中氮、磷物质形态转化和溶解性有机物（DOM）的影响,利用二维相关分析技术进一步阐明余水中光催化反应各组分的作用机制。结果表明,余水中TC的降解率为77.02%,k值为0.0338 min-1。光催化促使余水中有机氮、硝态氮向氨氮、亚硝态氮的转化,促进有机磷向无机磷和小分子磷的转化。CNTL对类腐殖酸组分的去除效果优于芳香蛋白类组分,84.31%的类腐殖酸组分受吸附作用去除,67.52%的芳香蛋白类组分受光催化作用去除,CNTL对分子量为20k Da的DOM去除效果显著,降解产物分子量主要分布在5 k Da以下。余水组分不同基团对光催化响应的敏感顺序为:p H为3时,腐殖酸C-O-C＞C=C＞C-N＞TC中C-OH＞TC的BCD-ring＞TC的A-ring羰基＞腐殖酸的苯羧基和酚基＞芳香蛋白类物质;p H为7时,腐殖酸的C-O-C＞C-N＞TC的酚羟基＞TC的BCD-ring＞腐殖酸的苯羧基和酚基＞TC的A-ring羰基＞芳香蛋白类物质;p H为11时,腐殖酸的C-O-C＞C-N＞TC的BCD-ring＞腐殖酸的苯羧基和酚基＞芳香蛋白类物质＞TC的A-ring羰基。