本论文对纳米半导体光催化氧化进行了概述,对纳米TiO₂光催化材料研究现状与进展进行了综述。针对纳米TiO₂光催化技术在实际应用中存在的太阳光利用率低以及难以回收利用、光催化氧化技术运行成本偏高等问题,采用溶胶技术合成了非负载型及负载型系列TiO₂基纳米粉体,并对粉体进行了过渡金属及稀土掺杂改性,在此基础上对系列TiO₂基纳米粉体的光催化活性及生物活性进行了研究,并将所合成的负载型纳米TiO₂光催化剂用于实际工业的处理,收到较好的效果;同时,探讨了TiO₂基纳米粉体的光催化机理,获得了最佳合成工艺,丰富了钛基纳米材料的研究内容,为半导体光催化材料的开发提供了有价值的信息,亦对拓宽志丹白土的应用范围,开发出一种新型实用的负载型TiO₂基光催化材料具有重要的理论价值和现实意义。论文工作主要分为两部分:一、纳米TiO₂的合成、改性及催化性能研究采用溶胶-凝胶法合成了纳米TiO₂,以紫外灯为实验光源,以甲基橙、酸性品红、次甲基蓝等几种染料和色素的光催化降解为评价体系,研究了纳米TiO₂的用量以及光解体系pH值等因素对三种物质光催化降解速率的影响,获取了最佳合成工艺,建立了光解动力学方程。一方面,在此基础上,对纳米TiO₂进行Zn2+、La3+等金属离子掺杂改性研究,考察了两种金属离子掺杂对催化剂物相结构、吸收光谱及光催化降解甲基橙性能的影响规律。光解实验表明,掺杂改性后催化剂的光催化活性与掺杂量有关,适量Zn2+和La3+掺杂后催化剂光催化活性较掺杂前均有明显提高,这是掺杂后催化剂晶格畸变程度增加、晶粒细化及对光吸收利用率提高等多种因素综合作用的结果;另一方面,以广泛种植的农作物豌豆为植物探针,初步研究了纳米TiO₂对豌豆萌发及幼苗生长的影响规律。结果表明,纳米TiO₂对豌豆萌发及幼苗生长的影响与其粒径及投放量有关,投放量越大,粒径越小,其影响作用也越大;投放量在一定范围时,纳米TiO₂对豌豆萌发及幼苗生长起促进作用,表现出了较高的生物活性,当投放量超出对应范围时纳米TiO₂对豌豆萌发及幼苗生长则具有明显的抑制作用。有关影响作用机理尚无定论,可能与自由基的胁迫作用大小有关。二、TiO₂柱撑白土复合光催化剂的合成、改性及光催化性能研究陕西延安志丹县天然白土蕴藏丰富,经过简单处理可获具有层状微孔结构的活性白土,我们以其为载体,合成了TiO₂柱撑白土复合催化剂,同时选择另外两种结构类似的载体—活性碳和沸石作对比,考察了负载量和热处理温度对复合催化剂结构及光催化性能的影响规律。物相结构分析表明,TiO₂呈分散状态进入白土层中,白土层间距扩大,从而使催化剂具有较高的比表面积;通过负载量和煅烧温度可调变复合催化剂层间距与比表面积,进而微控催化剂的吸附性能和光催化活性。光催化实验表明,当TiO₂负载量为66.42%、煅烧温度为400℃时,所得光催化剂在较低投放量下（600 mg·dm-3）表现出了较高的光催化活性,浓度为10 mg·dm-3的甲基橙溶液经紫外光光照后脱色率可达90%以上,高于相同条件下活性炭和沸石负载催化剂及纯纳米TiO₂的光催化活性,这是TiO₂柱撑白土复合催化剂较高的比表面积、较高的表面酸性以及纳米TiO₂和载体白土之间的耦合作用等多种因素的协同作用所致。此外,在自然光下,当投放量为1200 mg·dm-3时,复合光催化剂对延安卷烟厂工业废水表现出了较好的处理效果,废水COD去除率为75.1%,且沉降性能好,易于回收利用。为进一步提高TiO₂柱撑白土复合催化剂的光催化性能,采用四种稀土离子（Sm3+,Tm3+,Ho3+,Nd3+）对其进行掺杂改性,考察了稀土元素种类和掺杂量对其结构和光催化活性的影响规律。光催化实验表明,四种稀土元素掺杂均能提高复合光催化剂的光催化性能,相比之下Tm3+掺杂改性效果最佳,当Tm3+掺杂量为0.1%,催化剂活性较高,相同投放量下,对卷烟厂蒸叶废水表现出了更好的处理效果,COD去除率提高到79.6%。