纳米二氧化钛光催化已经作为一种高级氧化过程展现在人们面前，该技术几乎可以降解所有的有机污染物，并有望利用太阳光。因此，基于纳米二氧化钛的环境光催化是一种颇有前景的环境治理技术。根据催化剂存在的形式，二氧化钛光催化体系可以分为两种：固定式光催化体系和悬浮光催化体系。悬浮光催化体系就是将催化剂直接加入待处理的废水中，悬浮体系具有如下优点：处理容量大，用于吸收、反应的有效催化表面积大，污染物从液体到光催化剂的有效传质等。但是，其缺点就是反应催化剂的分离回收困难。 本文针对悬浮光催化体系，围绕着“开发高效且易于回收的新型光催化剂”这一目标，深入研究了一系列新型光催化剂的制备及其光催化性能的研究。并针对其特点设计和应用了新型的光催化反应器。主要研究工作如下： 1.以水热法制备的碳纳米球为模板制备了不同尺寸的空心TiO2微球，由于碳球表面富含-OH和-C=O，用其作空心球模板时不再需要进行表面改性。另一方面，由于整个碳纳米球的制备过程不会产生有毒物质，因此碳纳米球是一种绿色模板。以活性染料X-3B为模拟降解物考察了不同空心球在紫外光照射下的光催化性能，结果表明光催化性能都要好于P25，最好的一种空心球的降解速率是P25的4.5倍。此外，以碳纳米球为模板，尿素为掺杂源，制备了氮掺杂的二氧化钛空心球。以X-3B为模型降解物研究了所制备的氮掺杂二氧化钛空心球的可见光催化性能，结果表明其表观速率常数达到0.015 min-1，是P25的16倍。 2.在低温(75℃)情况下制备了TiO2/活性炭二元复合光催化剂。以苯酚为模拟降解物考察了其光催化性能，发现降解速率是P25和纯TiO2的4和5倍。研究了苯酚降解过程中的中间产物分布，发现主要中间产物为对苯二酚。而纯二氧化钛作催化剂时中间产物主要有对苯二酚和邻苯二酚。借助Scatchard模型，从催化剂对中间产物的吸附能力解释了两种催化剂中间产物分布的不同。通过设计的脱附实验表明：紫外辐照后，复合光催化剂上不会产生苯酚累计性吸附。 3.制备了碳包埋Fe3O4磁性粒子负载的TiO2光催化剂。所制备的催化剂可以被很好地磁分离。通过对反应后的溶液进行元素分析发现光溶解现象被有效的消除了，说明碳层能有效地阻隔Fe3O4和TiO2。研究发现，其对苯酚的降解速率分别是P25和纯TiO2的1.6和2.3倍。 4.从TiO2-AC二元复合光催化剂的协同效应出发，将活性炭的吸附能力、Fe3O4的可磁分离性和TiO2的光催化性能结合起来构成新型的三元复合光催化剂。研究发现该复合光催化剂具有很好的磁性，借助一个外加磁场能够容易地将其从水溶液中分离出来，在磁分离后，通过超声的方法又能将其分散到水中。研究了紫外光照射时，Fe3O4/活性炭比例对复合光催化剂光催化性能的影响，发现随着Fe3O4/活性炭的增加其光催化性能先增强再减弱，Fe3O4/活性炭等于1：5时，催化剂的光催化性能最高，此时的降解速率是P25的8.5倍。通过对催化剂的循环使用发现，其重复利用性能良好，经过6周期的使用后对苯酚的降解率仍然高于80％。以X-3B和4-CP为目标降解物，研究了三元复合光催化剂在可见光下的光催化性能，发现该催化剂在可见光照射时仍然具有很高的催化活性，对X-3B和4-CP的降解表观速率常数分别为0.021 min-1和0.82 h-1。 5.设计了一种可全天候高效运转的太阳能光催化氧化水处理装置。并选用自制的可磁分离复合光催化剂的悬浮体系来研究此反应器的性能，发现在太阳光照射时X-3B和苯酚的降解率分别为97.1％和94.5％，而且催化剂比较容易分离并重复利用，经过5次使用后，对X-3B的降解率仍然高于85％。