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作为先进的高级氧化技术，纳米二氧化钛光催化在环境污染物的处理中获得了广泛的关注。将纳米二氧化钛光催化的激发光谱从紫外扩展到可见区，可充分利用清洁的太阳能资源，应用前景十分广阔。本文采用多种方法制备了具有可见光催化活性的纳米二氧化钛催化剂，并开展了在太阳光或模拟太阳光下降解水或空气中有机污染物的应用研究。具体内容如下：
一、在温和条件下(低于75℃，钒掺杂低于160℃)制备了三类具有可见光活性的纳米二氧化钛光催化材料，并通过正交实验确定了最佳的制备条件。
(1).金属Gd、V掺杂TiO2光催化剂
采用低温溶胶-凝胶法和水热法分别合成了Gd-TiO2和V-TiO2光催化剂。避免了通常高温(400℃以上)条件下金属掺杂易导致的TiO2由锐钛矿向金红石相的转变。
(2).非金属N、F、B掺杂TiO2光催化剂
已报道的大多数非金属掺杂。TiO2的相转变温度(锐钛矿高温时转化为向金红石相)在500-600℃左右，本文采用低温溶胶-凝胶法和水热法制备了非金属掺杂TiO2光催化剂，其相应的相转变温度约800℃，更有利于催化剂在高温条件下使用。
(3).Bi2O3-TiO2复合光催化剂
采用可吸收可见光、在我国资源丰富的氧化铋与TiO2复合，通过低温溶胶-凝胶法在氧化铋颗粒上原位合成了纳米TiO2，得到了二元Bi2O3-TiO2复合光催化剂。该催化剂中，Bi2O3与TiO2间存在协同作用，复合催化剂的可见光催化活性比单一组分有明显提高。
通过改性，所得到的三类光催化剂有以下特点：
(1)经过改性的TiO2材料均保持锐钛矿相结构，与纯TiO2相比，表现出较高的结晶度、较小的晶粒尺寸和增大的表面积。同时改性后样品的表面羟基数量都有增加，有助于提高其光催化活性。
(2)在可见光的照射下，所有改性材料都能被激发产生光催化活性，对X-3B及4-CP的降解速率比采用纯TiO2和P25时提高了2.5至25倍左右。
二、在构建利用太阳能的集成式光纤光催化反应系统中，成功地在弥散光纤载体上负载了纳米二氧化钛催化剂，对系统的光催化性能进行了评价，演示了新型反应器在太阳能光催化应用中的潜在优势。实验表明，新的反应器可通过光纤将室外采集的太阳光经长距离传输至室内进行光催化降解。
(1)以浸渍-提拉法实现了在集束光纤上(1500根)负载纳米二氧化钛。形成的薄膜厚度约为600 nm，表面比较平整，与光纤基底的结合紧密。
(2)在集成式光纤反应器中进行了太阳光催化降解实验。以纯TiO2为催化剂，光照8小时后，4-氯苯酚的降解率达到了79％；采用F掺杂TiO2催化剂，X-3B的光催化降解率由纯TiO2的68％提高到92％。
三、采用微米的Bi2O3或SiO2颗粒与纳米TiO2材料，开发了在室内自然光下即能表现超亲水性的复合Bi2O3-TiO2膜和SiO2-TiO2膜。在此基础上，研究了膜的超亲水性对净化空气中甲醛污染物的影响，结果表明膜的超亲水性可以提高空气中污染物的降解效率。
(1)SiO2-TiO2超亲水膜
在模拟太阳光照射下，在所测试的湿度范围内(36-78％)均表现出比非超亲水的普通TiO2膜更高的降解甲醛的能力，降解率提高了约8-20％。以室内照明灯为激发光源，其催化活性只比普通TiO2膜略高一些。
(2)Bi2O3-TiO2超亲水膜
在室内自然光的激发下Bi2O3-TiO2膜能保持长时间的超亲水性能。同时，由于Bi2O3与TiO2间的协同作用，无论在何种光源(紫外灯、模拟太阳光源、室内照明灯)下，与普通TiO2膜相比，Bi2O3-TiO2超亲水膜都表现出高的催化活性。在模拟太阳光照射下，甲醛的降解率从约30％提高至最高79.3％；以室内照明灯为激发光源，甲醛的降解率也提高了约25％。连续进行200min的光催化实验后，Bi2O3-TiO2膜对甲醛的催化降解率仍维持在90％以上，具有较强的光催化稳定性。