近年来,太阳能用于光催化反应被认为是解决能源危机和环境污染的理想途径之一。因此,新型高效光催化剂的开发已经成为许多研究者备受关注的研究课题之一。最近,石墨相氮化碳（g-C₃N₄,CN）由于高的热稳定性、窄带隙、低成本、易于制备和良好的化学稳定性,已成为光催化热点材料之一。但是g-C₃N₄也会有一些劣势,例如比表面积小、光生电子-空穴对的重组速度快等,这些缺点会限制g-C₃N₄光催化活性。因此,我们希望通过简单的方法来制备不同异质元素修饰的新型g-C₃N₄复合物,并通过使用该复合结构进一步提高光催化活性。针对g-C₃N₄材料存在的一些问题,如比表面积小、光生电子-空穴对的快速复合等,利用无机酸对g-C₃N₄材料进行异质元素修饰,成功地制备了非金属硼修饰的g-C₃N₄管（BCN）。通过实验确定了最佳的投料比例,即三聚氰胺/硼酸=1:1。在此条件下,得到管状BCN材料,管长100μm左右,直径4μm。表征结果表明:与块体CN相比,BCN材料具有大的比表面积并为光催化反应提供更多活性位点;而且其可以更好的抑制电子-空穴对的复合,从而提高光催化活性。通过降解染料和硝基苯溶液来评估BCN材料的性能,BCN-3样品具有最高的降解效率。在模拟太阳光照射下,非金属修饰g-C₃N₄材料使硝基苯溶液降解70%左右。由于金属阳离子和负电荷氮之间的相互作用,g-C₃N₄材料可以很容易地捕获金属阳离子。此外,金属修饰改性的半导体光催化剂可以有效地改善光吸收、减少带隙并加速载流子的迁移,这些都是改善光催化活性的必要条件。因此,利用不同金属（Co、Cu、Zn）配合物对g-C₃N₄材料进行异质元素的功能化修饰（M-CN）。采用XRD、FT-IR、UV-vis、PL、XPS、SEM和BET等方法对新型g-C₃N₄基复合材料进行形貌、结构表征,并系统的研究其光催化性能。实验结果表明:在模拟太阳光下,Cu-CN催化剂显示出较高的光催化活性,对硝基苯溶液的降解率达到85%。此外,利用TTC-脱氢酶活性测试,证明了催化剂对活性污泥是没有害处的。分析原因,是由于g-C₃N₄可以作为微生物生长的C源和N源为其提供养分,以此为依据,对光催化-活性污泥工艺进行改进,去掉原工艺中分离催化剂的步骤,实现光催化和活性污泥降解的对接:以牛奶厂实际废水为例,用Cu-CN为催化剂,采用光催化-活性污泥工艺对其进行处理,通过TOC测试来检测处理效果。实验结果表明:Cu-CN样品处理后的废水具有最低的TOC值,其矿化率为32%。这一结果说明该催化剂可以应用于光催化-活性污泥工艺,并且能够从根本上解决催化剂分离的难题。通过上述金属修饰g-C₃N₄材料中可以发现,金属Cu修饰g-C₃N₄材料体现出更好的性能,但是实验制备过程较复杂且成本更高。因此,本部分选用更佳廉价的原料,且进一步简化制备过程,制备出金属Cu修饰的g-C₃N₄材料（CuCN）。经过表征发现:金属Cu成功地修饰到g-C₃N₄材料表面,该材料具有管状结构,而且具有更大的比表面积,电子-空穴对的分离效率也有所增加,为改善光催化活性提供更多的可能。通过降解硝基苯溶液检测催化剂的光催化性能,CuCN-2样品具有最高的降解率（97%）。同样,通过TTC-脱氢酶活性测试,证明了催化剂对活性污泥是没有毒性的,并以CuCN-2为催化剂,采用光催化-活性污泥工艺对牛奶厂实际废水进行处理,并通过TOC值的变化来分析其降解效果,实验结果表明:CuCN-2材料处理过的废水具有更低的TOC值,其矿化率为35%。