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我国作为世界上染料生产和消费的大国，染料废水的处理研究一直备受关注。而染料废水因具有水质复杂，毒性大、色度高、可生化降解性较差等特点，一直是工业废水治理的难点。光催化氧化技术是一种有效处理染料废水的新的技术手段。二氧化钛作为常用的半导体氧化物光催化材料，具有氧化性强、无毒、光和化学性质稳定以及廉价等优点，但是由于光生电子-空穴对的复合速度快，且价电子只能被紫外光激发等问题的存在，二氧化钛的光催化性能的应用范围受到了一定的限制。通过添加外源的手段，对TiO2进行改性，可有效扩展其对太阳光的利用效率，提高光催化氧化性能，在环境材料领域具有较大研究价值。本研究选用商业二氧化钛(TiO2)纳米颗粒为钛源，首先通过水热法制备得到初步改性的二氧化钛纳米管(TNT)；其次通过改进的Hummers法氧化制备氧化石墨，并结合水热法还原氧化石墨烯的同时，将TNT负载于石墨烯片上，而制备得到石墨烯-二氧化钛纳米管(GN-TNT)复合光催化剂。目的在于利用石墨烯的高比表面积和高电子迁移率等优势提高复合光催化剂的比表面积，降低电子-空穴对的再结合速率，从而提高光催化性能，并且拓展其对可见光的响应范围。制备的光催化剂自身的物化特性通过TEM, AFM, XRD, FT-IR,TGA, BET和UV-VIS等手段进行了表征分析，最后选用RBK5(Reactive Black5)和MB(Methylene Blue)两种染料及As（III）作为目标污染物，对自制光催化剂在紫外光和可见光下的催化活性进行了实验研究，并取得了一些有意义的结果：(1)本研究通过Hummers法氧化制备得到氧化石墨，之后通过热反应过程实现氧化石墨烯的还原和二氧化钛(TNT)的负载，成功制备了石墨烯-二氧化钛纳米管复合材料，其比表面积高达254m2/g，并且具有较高的热稳定性和对可见光的吸收性能。(2)在对MB的吸附实验中：水热(HM)法和碱热(AHM)法制备的GN-TNT纳米复合材料表现出极强的对MB的吸附性能，而且吸附能力也远远高于其它普通的或类似种类的吸附剂。(3)在不同系列的GN-TNT复合光催化剂紫外光解RBK5的实验中，20%GN-TNT复合光催化剂表现出最高的对RBK5的降解效率；同时，RBK5的光降解效率随污染物浓度的降低和催化剂用量的增加而提高，并且初步实验了GN-TNT复合光催化剂在400nm可见光照射下亦具有很好的光降解染料的性能。(4) GN-TNT复合材料作为光催化剂，有利用可见光快速将As(III)氧化为As(V)的应用潜力。同时，随着污染As(III)浓度的升高，GN-TNT复合光催化剂降解污染物的效率随之降低，而且酸性条件下的光解效率明显优于碱性条件。(5)在染料和As（III）共存体系的实验中，GN-TNT复合光催化剂对RBK5染料分子和As(III)离子依然具有很好的可见光降解效率。但是相比单一的存在体系，共存体系中污染物的降解效率均有所降低。