蓝藻水华暴发时,藻类会产生一种具有明显肝细胞毒性的次级代谢产物—藻毒素,直接威胁着水生动物和人类的健康。微囊藻毒素(Microcystins, MCs)则是蓝藻水华污染中产生量最大、出现频率最高和造成危害最严重的藻毒素。如何高效去除水体中MCs是目前的一大研究热点,去除效率高、无二次污染并能有效利用太阳光的TiO2光催化技术更是备受青睐。但文献报道 TiO2光催化降解有毒藻毒素研究中,主要集中在利用紫外光激发 TiO2催化降解 MCs,但太阳光中紫外光仅占3-5％,研究可见光光催化降解藻毒素新方法具有重要的意义。研究 MCs降解中间产物和降解路径也是目前的又一个研究热点,对分析产物毒性及催化剂的选择性氧化具有重要的意义。本文利用超声沉淀法、溶胶凝胶法、蒸汽热法及负载等方法制备得到一系列掺杂、共掺杂、负载及复合改性的纳米 TiO2。探讨了制备条件、不同掺杂元素、不同载体及掺杂比例对催化剂的微观结构及可见光(?>420nm)光催化活性的影响。利用高活性的催化剂在可见光下光催化降解 MCs,并通过跟踪分析不同光催化体系过程中主要活性物种·OH和H2O2的变化,探讨了光催化反应作用机理,通过液质联用仪(LC-MS)检测 MCs降解中间产物变化,综合提出了MCs裂解机理。　　1.利用超声沉淀法、溶胶凝胶法等制备方法制备了不同掺杂元素(N、Bi、Fe、S、Fe-N、S-Bi、N-B、N-Bi)的掺杂改性纳米 TiO2,考察了不同掺杂元素、掺杂比例对TiO2晶体微观结构及可见光光催化活性的影响;利用不同的载体(硅胶、各种分子筛、玻璃、硅藻土)对 TiO2进行负载,制备了多种负载改性纳米 TiO2,考察了不同载体对TiO2晶体微观结构及光催化活性的影响。　　2.超声沉淀法制备了Bi掺杂 TiO2(Bi-TiO2)粉末,X射线光电子能谱(XPS)、紫外漫反射光谱分析及透射电镜(TEM)对 Bi掺杂 TiO2粉末进行了初步表征,表明:Bi-TiO2呈花簇状形貌,在 Bi-TiO2中,Bi(3-x)已经部分取代了Ti4+,进入了TiO2的晶格且诱导 TiO2的禁带宽度减小至2.75eV。通过电子自旋共振法(ESR)及过氧化物酶催化氧化方法跟踪定性定量测定 Bi-TiO2可见光光催化降解 MC-LR过程中氧化物种的种类。表明 Bi-TiO2光催化机理是涉及到·OH的氧化历程。采用高效液相色谱仪(HPLC)、液相、质谱联用仪(LC-MS)、总有机碳(TOC)测定仪跟踪了Bi-TiO2可见光光催化降解 MC-LR过程中的浓度变化、中间产物变化及矿化程度。发现光催化反应12h,MC-LR降解率达到100％,20h矿化率达到78％,并检测到17种降解产物,其中产物 m/z829、m/z1029为降解主要产物,主要反应机理可能为光催化反应产生·OH进攻 MC-LR结构 Adda部位 C4与 C5(C6与 C7)之间双键、Mdha部位烯键发生氧化反应,随反应进行一些氨基酸之间的肽键也随之断开,反应生成多种降解产物。　　3.采用溶胶凝胶法制备了N掺杂 TiO2(N-TiO2)纳米粉体光催化剂,利用XRD、XPS、UV-Vis及TEM对光催化剂 N/TiO2进行了结构表征。发现 N掺杂 TiO2相对纯TiO2禁带宽度变窄,可见光区有明显吸收。在可见光照射下,利用纳米 N/TiO2作为光催化剂降解 MC-LR,通过 HPLC跟踪检测降解过程 MC-LR浓度变化,LC-MS检测 MC-LR降解中间产物变化。利用ESR及过氧化物酶催化氧化方法跟踪定性定量测定光催化过程中氧化物种的种类变化。采用TOC测定仪测定了MC-LR光催化深度氧化矿化效果。结果表明,可见光(λ>420nm)照射可有效激发光催化剂 N-TiO2活化分子氧降解 MC-LR,在反应条件下,光催化反应14h,MC-LR降解率达到100％,20h矿化率达到59％。其光催化反应体系中氧化物种主要为羟基自由基(·OH)。质谱检测到13种降解产物,主要反应机理为光催化反应产生·OH进攻 MC-LR结构四个易氧化部位:Adda中不饱和碳碳双键和甲氧基、Mdha中烯键以及Arg中的氨基,以及一些氨基酸之间的肽键的水解。　　4.通过聚乙烯吡咯烷酮(PVP)功能化的聚苯乙烯(PS)粒子在 SiO2包覆的同时被乙醇/氨水介质溶解,得到了单分散空心 SiO2纳米微球,经溶胶-凝胶法与纳米 TiO2复合制备得到了TiO2@SiO2纳米球。通过 TEM、XRD及催化剂多功能表征仪对制备的TiO2@SiO2纳米球进行了物理特性及光化学性质的初步表征,探讨了SiO2纳米微球的复合对 TiO2粒径大小、比表面积、形貌、晶型转变以及光催化活性的影响。在紫外、可见两种不同的光源下,利用目标染料罗丹明 B(Rhodamine B,RhB)的光催化降解为探针反应,分析了TiO2@SiO2纳米球的光催化活性及适宜 pH范围。结果表明, SiO2纳米球的复合能明显改善 TiO2的形貌,提高 TiO2的比表面积和吸附量。同时能明显提高 TiO2在紫外光及可见光下的光催化活性,可见光下反应120min,紫外光下反应20min,RhB降解率达到100％,同时能有效矿化 RhB。TiO2@SiO2纳米球在 pH值3到9的范围内均表现出较高的催化性,紫外光下最适 pH为9,可见光下的最适pH为4。　　5.利用不同的载体通过溶胶浸渍法制备得到不同的负载型纳米 TiO2,并在紫外光(λ≤387 nm)照射下利用有机染料罗丹明B(Rhodamine B,RhB)光催化降解为探针反应,以有机污染物降解活性最佳为目的,优选得到光催化活性最佳的负载型纳米 TiO2。结果表明以硅胶作载体时,催化剂具有较高活性。利用扫描电镜(SEM),X射线衍射仪(XRD)对高催化活性的负载型纳米 TiO2进行了初步的物理特性。通过紫外-可见光谱(UV-vis)、红外光谱(FTIR)和总有机碳(TOC)的测定分析了负载型纳米 TiO2光催化特性以及稳定性的表征。实验结果表明:硅胶负载型纳米 TiO2具有完整的晶型、美观的形貌以及较高的稳定性。UV/TiO2体系在 pH=3.0的条件下,能使 RhB发生有效的降解和矿化,80min褪色完全,14h矿化率达到93.8％。