环境污染是当前人类面临的一个严重问题，其所带来的危害越来越严重，其中水污染尤甚。相对于传统的生物、化学、物理等水处理工艺来说，近年来发展起来的光催化氧化技术具有较大的优势，其氧化性强、能量消耗低、无二次污染，是一种发展前景极好的水处理方法。纳米二氧化钛因具有稳定的化学性质，成本低，无毒，难溶和较高的催化效率等特点而成为一种较为理想的光催化剂。由于其禁带较宽，光量子效率低，在实际应用方面受到一定的限制，通过金属离子掺杂一方面可以改变TiO₂的禁带宽度；另一方面金属离子掺入可以在TiO₂中引入缺陷或者改变其结晶度，从而抑制光生电子-空穴对的复合，延长载流子的寿命。因此通过金属掺杂可以显著提高TiO₂的光催化性能。本文通过溶胶-凝胶法成功制备了Bi-La、Bi-Co、Bi-Cu、Bi-Fe共掺杂纳米TiO₂光催化剂，利用TG-DSC、XRD等测试手段对样品进行了表征，以活性黑KN-B为模拟染料废水进行了光催化降解研究，系统地研究了光催化降解染料的影响因素，探讨了反应的动力学特性，得出了光催化降解的最佳工艺条件。结果表明：经过500℃热处理制得的金属共掺杂纳米TiO₂催化剂均为锐钛矿型，粒径在10.0¹4.0nm之间，金属共掺杂提高了TiO₂的热稳定性，提升了TiO₂的晶型转变温度，抑制了TiO₂的晶型转变和晶粒生长，提高了TiO₂的光催化活性。以高压汞灯为光源，考察了金属掺杂量、煅烧温度、催化剂投加量、溶液初始浓度和溶液初始pH值等对催化剂光催化性能的影响。研究发现金属共掺杂纳米TiO₂的最佳煅烧温度为500℃；金属掺杂量对TiO₂的光催化性能有较大的影响，不同金属有不同的最佳掺杂量， Bi-La共掺杂纳米TiO₂最佳掺杂量为_0.5%的Bi和0.2%的La，Bi-Co共掺杂纳米TiO₂最佳掺杂量为_0.5%的Bi和0.05%的Co，Bi-Cu共掺杂纳米TiO₂最佳掺杂量为_0.5%的Bi和0.01%的Cu，Bi-Fe共掺杂纳米TiO₂最佳掺杂量为_0.5%的Bi和0.1%的Fe，掺杂量过多或过少都会降低催化剂的光催化性能；金属共掺杂纳米TiO₂的催化效率随催化剂投加量的增加先升高后降低，其中Bi_0.5La_0.2/TiO₂、Bi_0.5Co0.05/TiO₂和Bi_0.5Fe_0.1/TiO₂的最佳投加量均为2.0g/L，Bi_0.5Cu_0.01/TiO₂最佳投加量为4.0g/L；金属共掺杂纳米TiO₂的催化效率随溶液初始浓度的升高而逐渐降低，但较低浓度下催化剂的催化性能无法充分发挥，活性黑KN-B适宜的初始浓度为40mg/L；溶液的初始pH对催化剂的光催化性能影响显著，酸性条件下活性黑KN-B降解速率远快于碱性条件下的降解速率，Bi_0.5La_0.2/TiO₂、Bi_0.5Co_0.05/TiO₂、Bi_0.5Cu_0.01/TiO₂和Bi_0.5Fe0.1/TiO₂最佳pH值分别为2.20、3.30、2.01和2.20。金属共掺杂纳米TiO₂的光催化活性优于纯的TiO₂或单掺杂Bi的TiO₂，但掺杂不同金属的催化剂的光催化性能也不同，在各自的优化条件下，Bi-La、Bi-Cu共掺杂TiO₂光照30min后活性黑KN-B溶液的降解率可达99%以上，而Bi-Co、Bi-Fe共掺杂TiO₂光照50min后活性黑KN-B溶液的降解率可达99%以上。活性黑KN-B的光催化降解反应遵循一级反应动力学方程，将制得的金属共掺杂纳米TiO₂用于多种染料的光催化降解，效果较好。探讨了金属共掺杂改善TiO₂光催化性能的可能机理，系统研究了不同金属掺杂TiO₂的光催化性能和影响因素，丰富了光催化氧化技术和纳米半导体光催化剂的理论基础，为其实际应用提供理论支持。