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随着世界工业的迅速发展，Cr(Ⅵ)作为一种危害环境的重金属污染物，广泛存在于废水中。然而，含铬废水的传统处理技术仍存在一些如高成本、低效率等问题。光催化作为一种含铬废水处理的新技术，由于其低成本，高效率和环保等优点被广泛研究，具有很大的应用前景。基于低成本和环境友好的优点，纳米TiO2半导体作为半工业生产和应用的光催化剂，已广泛应用于环境光催化领域。但是TiO2由于其宽禁带，只能被紫外光激发，而且其光生电子–空穴复合率高，导致光生电子和空穴的利用率低。此外，虽然TiO2可以在Cr(VI)溶液原始pH条件下还原Cr(VI)，但是因为其还原速率非常慢，因此绝大部分文献报道的TiO2基光催化剂还原六价铬都加入无机酸或者有机酸。无论是加入无机酸或者有机酸都会向体系带入新的污染物或者带来二次污染。基于以上的太阳光利用率低、光生电子–空穴复合率高和外加酸会引起二次污染等问题，本论文构建出酸性的核壳结构非金属共掺杂TiO2及其用于还原六价铬。主要研究内容如下：
1.本章以碳微球为核基，以钛酸四丁酯为钛源制备了具有核壳结构的生物基TiO2，并研究了钛源的加入量、氨水加入量、搅拌时间、搅拌温度和煅烧温度对合成核壳结构TiO2的影响。结果表明：钛酸四丁酯加入量为1mL、氨水加入量为0.3mL、搅拌时间为24h、搅拌温度为35℃和煅烧温度为350℃，能制备出大量尺寸较均一、直径大于1μm的核壳结构生物基TiO2。其中氨水作为钛酸四丁酯水解缩合的催化剂，控制着钛酸四丁酯的水解缩合速率，是构筑核壳结构的关键参数。此外，元素分布、UV-visDRS、VB–XPS等表征显示，该核壳结构生物基TiO2由于C、N元素非金属共掺杂而具有可见光响应，C元素主要来源水解环境中的无水乙醇、碳核和钛源中未水解完全的烃基。而N元素主要来源于氨水和碳核中的含氮基团。
2.本章在核壳结构和具有可见光响应的生物基TiO2的基础上，通过进一步的磺化技术制备出酸性生物基TiO2，即在碳核上连接磺酸基。对所制备的酸性生物基TiO2进行了形貌和结构表征、组成和结构表征、光电性质表征、表面电荷等表征研究，也证实了磺酸基的成功负载。最后将材料用于原始pH和可见光条件下还原水溶液中的六价铬，六价铬还原速率显著提高，且提出了六价铬的还原机理。为了进一步提高六价铬的光还原速率，将该材料用于六价铬和有机污染的复合系统中，结果表明该材料在六价铬的还原和有机污染物的降解中存在协同效应，污染物的还原速率和氧化降解速率同时提高。
1.本章以碳微球为核基，以钛酸四丁酯为钛源制备了具有核壳结构的生物基TiO2，并研究了钛源的加入量、氨水加入量、搅拌时间、搅拌温度和煅烧温度对合成核壳结构TiO2的影响。结果表明：钛酸四丁酯加入量为1mL、氨水加入量为0.3mL、搅拌时间为24h、搅拌温度为35℃和煅烧温度为350℃，能制备出大量尺寸较均一、直径大于1μm的核壳结构生物基TiO2。其中氨水作为钛酸四丁酯水解缩合的催化剂，控制着钛酸四丁酯的水解缩合速率，是构筑核壳结构的关键参数。此外，元素分布、UV-visDRS、VB–XPS等表征显示，该核壳结构生物基TiO2由于C、N元素非金属共掺杂而具有可见光响应，C元素主要来源水解环境中的无水乙醇、碳核和钛源中未水解完全的烃基。而N元素主要来源于氨水和碳核中的含氮基团。
2.本章在核壳结构和具有可见光响应的生物基TiO2的基础上，通过进一步的磺化技术制备出酸性生物基TiO2，即在碳核上连接磺酸基。对所制备的酸性生物基TiO2进行了形貌和结构表征、组成和结构表征、光电性质表征、表面电荷等表征研究，也证实了磺酸基的成功负载。最后将材料用于原始pH和可见光条件下还原水溶液中的六价铬，六价铬还原速率显著提高，且提出了六价铬的还原机理。为了进一步提高六价铬的光还原速率，将该材料用于六价铬和有机污染的复合系统中，结果表明该材料在六价铬的还原和有机污染物的降解中存在协同效应，污染物的还原速率和氧化降解速率同时提高。