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基于TiO2的光催化污水净化技术是一种十分有潜力的环保技术，而微反应器则是化工领域未来发展的重要方向，将微反应器开发应用于光催化污水处理将显著提高其催化效率，促进光催化污水净化技术的工业化应用进程。本文通过金属蚀刻技术在不锈钢板上制得了不同结构的基底，并采用溶胶-凝胶法在基底上负载金属离子掺杂改性的TiO2涂层，制得板式光催化微反应器。通过X射线衍射、紫外-可见漫反射吸收光谱以及扫描电子显微镜观测等手段对催化剂涂层进行了表征。结果表明，煅烧温度高于400℃时，涂层中TiO2以锐钛矿形式存在；随着煅烧温度升高，涂层中锐钛矿晶型完整度降低、粒径增大；当煅烧温度达到700℃时，涂层中产生金红石相；当金属离子掺杂浓度不超过0.5%时，随着掺杂浓度的增大，涂层龟裂程度降低，晶粒粒径略微增大；不同金属离子掺杂的TiO2涂层微观形貌较为接近；铜离子掺杂能够提高TiO2在可见光区的对光能的吸收。以亚甲基蓝和甲基橙作为光催化降解底物，考察了微反应器光催化性能，并对其制备工艺进行优化。得到了负载有400℃煅烧制得的0.04%铜离子掺杂TiO2光催化涂层的单通道结构微反应器。该微反应器在200W氙灯光照下，90秒停留时间内，对亚甲基蓝和甲基橙的降解率分别达到了65%和45%。通过控制氙灯光照强度，证明了金属离子掺杂TiO2催化剂具有更高的量子效率；通过太阳光照实验，验证了氙灯作为太阳光模拟光源的可行性。实验测定了单通道微反应器中底物的停留时间分布，其流型接近平推流。分别对亚甲基蓝与甲基橙的光催化降解反应动力学进行了研究，并测定其降解产物。结果表明：无掺杂TiO2催化降解亚甲基蓝为完全氧化降解过程，降解率受水中溶解氧含量限制；当溶解氧含量不足时，金属离子掺杂的TiO2则能够催化亚甲基蓝的不完全氧化降解，产生多种中间降解产物；当氧气含量充足时，亚甲基蓝催化降解过程为符合动力学一级反应的完全氧化反应；无论催化剂是否掺杂金属离子，甲基橙的催化降解均为不完全氧化的动力学一级反应。通过对文献报道的各式光催化微反应器进行分析比较，验证了本文制得光催化微反应器在反应体积、单位体积降解速率等方面的优越性，并提出了光催化微反应器的改进方向——合理的结构设计、负载高效的光催化剂以及有效的气液混合。