对以染料废水为代表的工业废水进行处理后的再利用是提高水资源利用率的重要措施。近年来,以TiO2为代表的光催化方法因其能够充分降解染料,同时对环境友好而备受关注。然而TiO2因在可见光下光催化活性低从而限制了其应用。此外,大部分光催化剂为提高比表面积多以粉体状进行使用,使得催化剂的回收与循环使用面临极大的困难,同时还存在着因光催化剂粉体进入产品液而造成二次污染的风险。为此,有必要对TiO2光催化剂进行改良与改性,以提高其在可见光条件下的光催化活性;同时对光催化剂进行负载处理,从而在解决二次污染问题的同时提高光催化剂的回收与循环使用能力。基于此,本论文首先利用自组装双模板法合成出有序多孔结构TiO2,而后以吡咯作为碳源,使用紫外自聚合-灼烧的方法制备了具有有序多孔结构的C/TiO2光催化剂。C的掺入能够提高C/TiO2的光催化能力,并将催化剂的光响应范围扩展至可见光波长范围。随着吡咯投入量的增加,C/TiO2的光催化活性先升高后降低,其中0.4 mol/L吡咯投加量的C/TiO2-0.4光催化性能最好,能够在可见光下90 min内对10 mg/L的罗丹明B（Rh B）达到91.8%的降解率。C/TiO2在可见光下对于Rh B的降解属于一级动力学反应。活性粒子捕捉实验与电子自旋共振（ESR）测试证明了该过程以光生空穴反应路线为主,OH·和O2-·为主要氧化剂。以此为基础提出了一种用于光催化反应的交叉反应路线机理。为了解决光催化剂粉体的循环使用问题,将C/TiO2光催化剂掺入到PVDF膜液中,通过相转化法制备了C/TiO2光催化膜。这种光催化膜能够在单次模拟太阳光的降解测试中对5mg/L Rh B达到80.18%的降解率,同时能够在4次循环降解中对Rh B保持60%以上的降解率。降解过程均属于一级动力学反应。此外,C/TiO2光催化膜还拥有光自洁的特点,能够在模拟太阳光的照射下在5 h内恢复至初始状态。并且该过程可以通过加入3 ml的H2O2将自清洁时间缩短至1 h,使得循环降解效率得到大幅提高。为了增强C/TiO2光催化膜的吸附能力,充分发挥膜内光催化剂的作用,使用聚（4-苯乙烯磺酸-共聚-马来酸）钠盐（PSSMA）通过涂覆法对膜进行了荷电改性得到了带有负电的C/TiO2光催化膜（PCT膜）,从而提高对正电染料Rh B的吸附能力。PCT膜能够在30 min内对10 mg/L的Rh B达到接近100%的染料去除率。降解过程符合一级动力学反应。在H2O2辅助下PCT膜能够在3 h内完成对膜内染料的降解并将膜恢复至初始状态,同时光自洁后的PCT膜对新一轮Rh B的降解仍能保持78.82%的吸附去除率与91.62%的光催化降解率。利用Materials Studio对分子静电势进行模拟,证明PSSMA与RhB之间能够发生静电吸附作用。