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全氟辛酸(Perfluorooctanoic acid，PFOA)是一种持久性有机污染物，具有生物毒性与潜在健康威胁。常规污水处理工艺并不能有效去除PFOA，高效降解PFOA技术是当前的研究热点，光降解被认为是其中最有效的技术之一。二氧化钛是光催化降解的明星材料，光稳定性好、成本低、使用广泛。石墨烯是一种二维纳米材料，有超高的热导电率、极高的比表面积、优越的电子迁移率及良好的透光性。二者的复合二氧化钛石墨烯光催化材料具有较高的光催化活性。然而目前PFOA光化学降解还存在一些问题，如PFOA的直接光解效率低，二氧化钛降解PFOA效率低、机理尚有争议，二氧化钛石墨烯复合材料降解PFOA研究缺乏等。 本文合成了二氧化钛石墨烯复合纳米材料(TiO2 Graphene nanocomposites，TiG)，探索了复合材料结构与光催化活性的关系，以提高PFOA的光化学降解效率为目标，考察了温度效应对PFOA直接光解的影响，尝试用TiG复合材料降解PFOA，并探索了其降解机理。具体研究结果如下: (1)TiG复合材料的结构特征。TiG复合材料中的TiO2为锐钛矿晶型，石墨烯在复合材料中是TiO2晶体的生长基底，因而其组分含量不影响晶体结构。石墨烯的加入有效地增加了TiG复合材料的比表面积，且石墨烯组分含量越多，TiO2纳米晶体分布越均匀。TiO2纳米晶体是以Ti-O-C键结合在石墨烯的含氧官能团位点上。相对于纯TiO2，Ti-O-C键改变了TiG复合材料中Ti的近边结构，但是石墨烯组分含量增加对Ti的近边结构影响甚微。TiG复合材料具有锐钛矿晶型结构和较大的比表面积，组分之间以Ti-O-C键紧密结合。 (2)TiG复合材料的光催化活性研究。TiG20（石墨烯组分含量为20％）复合材料在20 min内可以使罗丹明6G完全脱色，且表观速率常数是同条件下TiG1（石墨烯组分含量为1％）的6.3倍。这种影响与TiG复合材料中共轭大π键和Ti-O-C键相关。共轭大π键一方面增强了罗丹明6G的π-π堆积吸附，另一方面可以接收光生电子;Ti-O-C键便于光生电子转移，抑制光生电子空穴对的复合，从而提高光催化效率。TiG20复合材料的光催化活性还与用量相关，当用量在4.0mg·L-1时，光催化效率最高。复合材料用量低不足以启动足够的降解反应，而用量过高会导致光散射或反射，降低光利用率，从而降低降解效率。TiG复合材料具有良好的光催化活性，且随着石墨烯组分含量增加而增强。 (3)温度对PFOA的直接光解的影响。为了更好地考察TiG复合材料在PFOA的降解中的作用机理，首先研究了反应温度对PFOA直接光解的影响。研究发现，反应温度升高，PFOA光降解速率有较大提升。85℃下，60 min内去除率即可达到99％（PFOA初始浓度30 mg·L-1）。提高反应温度可以提高光解的量子效率，85℃下光量子效率比25℃高约12倍。温度效应循环反复作用于每一次脱去CF2单元的化学反应过程，加快了氟离子的生成，从而提高了脱氟效率。85℃下，180 min内脱氟率可达到72％。此外，去除1μmol PFOA的能耗从25℃的82.5 kJ降低到85℃的10.9 kJ。反应温度升高促进了PFOA的直接光解和脱氟，并降低了能耗。 (4) TiG复合材料催化降解PFOA及其机理。25℃下，PFOA直接光解与TiG20催化降解的速率常数分别为0.693×10-2 min-1和1.406×10-2 min-1，常温下TiG20促进了PFOA的降解。60℃下，PFOA直接光解与TiG20催化降解的速率常数分别为4.373×10-2min-1和0.361×10-2 min-1，高温下TiG20抑制了PFOA的降解。在TiG20催化降解体系中，PFOA降解通过两个竞争的化学反应过程进行:β裂解和直接光解。25℃下，PFOA主要以TiG20光生空穴引发的β裂解方式降解;60℃下，PFOA主要以直接光解的方式降解，此条件下TiG复合材料倾向于生成羟基自由基，而羟基自由基不能有效降解PFOA，因而抑制了PFOA的直接光解。TiG复合材料在室温下促进了PFOA降解，在高温下抑制了PFOA降解。 本研究实现了PFOA的高效直接光解。观察了二氧化钛石墨烯复合材料(TiG)对PFOA的光催化降解。在TiG光催化体系中，存在两种竞争的PFOA降解过程:直接光解和β裂解。室温下TiG复合材料通过β裂解的方式促进了PFOA降解。高温下TiG复合材料倾向于生成羟基自由基，而羟基自由基不能有效降解PFOA，因而降低了降解效率。