水是人类生活和工农业生产不可缺少的自然资源，随着社会经济和科学技术的发展，人类的生活发生着日新月异的变化，但同时人类的生存环境也越来越受到威胁和破坏，尤其是水污染问题。而其中，印染行业是工业废水的排放大户，中国是染料生产大国,2002年中国染料行业的产量达到41.2万t，同比增长31.1％，占世界染料产量的46％左右，居世界第1位。随着染料的品种和数量日益增加，染料生产废水已成为重点污染源之一。据统计，在染料生产过程中，每生产1t染料，要随废水损失2％的产品。 据不完全统计，全国印染行业废水排放量超过十亿t/d。印染废水具有组成复杂、变色多、色度高、排量大等特点，是目前最难处理的工业废水之一。而偶氮染料在染料中占80％以上，由于偶氮染料品种繁多，因此其废水成分复杂、水量大、COD浓度，色度、含盐量和酸碱度高、BOD/COD值低，一般在0.2～0.4之间，可生化性较差，直接排放对环境危害大。另外，在有机染料合成中，采用各种取代的芳胺为原材料，尤其是以重氮组分合成的不溶性偶氮及偶氮染料，导致产品和废水中含有微量的被怀疑具有致癌作用的芳胺，严重威胁着人们的身心健康，因而引起国际组织的广泛关注。如何低成本、高效率、绿色化的治理染料废水，也是近几年来国内外科学家研究的热点。 TiO2光催化技术是一项新型的废水处理及净化技术，与其他传统的水处理技术相比具有处理效率高、污染物降解彻底等优点，符合可持续发展的长远需要，具有诱人的发展前景。但是，目前TiO2光催化技术在应用中还存在光量子效率低，对太阳光利用率低等问题，因此，对TiO2进行改性，使其具有更高的光催化活性是该技术在现阶段的研究热点之一。 本文以锐钛矿型的国产纳米TiO2和P25为研究对象，首先利用XRD对所用催化剂进行表征，Cu2+(或Fe3+)对其进行原位改性，以甲基橙(MO，15 mg/L)为偶氮染料的代表污染物，研究了经Cn2+(或Fe3+)改性的TiO2光催化剂的光催化活性，并发现当Cu2+的加入量为0.8 M，光催化剂TiO2的投加最为1 g/L时，改性光催化剂的活性最大。在pH=4～6范围内，改性后TiO2的光催化活性普遍较未改性的TiO2要好，当pH=6时，改性后的光催化活性是最好的。本文还探讨了废水中可能共存的无机阴离子Cl-、SO42-、NO3-和F对Cu2+/TiO2光催化剂的光催化活性的影响，发现除NO3-外，其他几种离子的共存或多或少会影响Cu2+/TiO2的光催化活性，使其活性下降，其中F-的影响最大。另外，本文还研究了Cu2+(或Fe3+)改性的TiO2的使用寿命和矿化能力，结果表明，改性的Cu2+/TiO2或Fe3+/TiO2不仅具有较高的光催化活性，而且具有良好的使用寿命和矿化能力。利用该方法对P25进行改性同样可以提高P25的光催化活性。本文提出的这种原位改性方法简单，可行，耗能少，具有良好的应用前景和经济效益。最后，借助于荧光探针等方法，对各种TiO2光催化剂在光催化过程中产生的羟基自由基进行了定量分析，并对Cu2+(或Fd3+)原位改性为何能够增强TiO2的光催化活性的本质原因进行了初步探讨。 对于Cu2+、Fe3+的加入能提高TiO2和P25的光催化性能的原因，我们推测认为，Cu2+、Fe3+存在着变价，可以有效捕获光生电子，促进光生电子和光生空穴的分离，使更多的空穴可以直接接近有机物，从而达到氧化降解目标污染物的目的。光催化过程中，光生空穴的增多直接导致了体系光催化活性的提高。 目前对于Cu2+、Fe3+使TiO2和P25光催化性能提高的原冈只停留在初步研究和推测阶段，其光催化历程和反应机理以及反应动力学还需要借助ESR、HPLC、GC-MAS等手段进行进一步研究。