在环境污染的问题中,水环境污染危机日益突出。光催化技术是将清洁太阳能转化为绿色化学能的有效手段,已引起国内外研究学者的广泛关注,具有广阔的发展前景。TiO₂由于来源方便、无毒和化学稳定性等优势,已经在相关领域的应用中展现出巨大潜力。但是,低的可见光利用效率和高光生电子-空穴对复合速率降低了TiO₂的光催化活性。基于此,本文采用多种改性策略相结合的方式对TiO₂进行了改性研究,主要研究结果如下:（1）以3-氨基-1,2,4-三唑为前驱体,通过热缩聚法制备出g-C₃N₅。随后,采用水热法和高温煅烧法制备了TiO₂/g-C₃N₅复合光催化材料。采用X射线衍射分析、透射电子显微镜、漫反射光谱和荧光光谱等检测技术对TiO₂/g-C₃N₅复合材料的结晶度、形貌特征以及吸光性能进行了表征;以亚甲基蓝及盐酸四环素为研究对象进行了光催化性能表征。结果显示,在105 min亚甲基蓝（MB）的降解率达到91.5%,盐酸四环素（TCH）的降解率达到92.4%,高降解率可归因于引入的TiO₂与g-C₃N₅有效结合形成了异质结,以g-C₃N₅优异的可见光响应特性,使得光催化性能显著提升。进一步的机理实验证实,光生空穴（h⁺）和超氧自由基（·O₂^-）在光催化降解过程中起主要活性作用。（2）采用水热法和煅烧法制备了稀土金属钐（Sm）掺杂的TiO₂与g-C₃N₄偶联的异质结光催化材料（Sm-TiO₂/g-C₃N₄）。此外,系统研究了Sm掺杂量和g-C₃N₄投入比例对TiO₂光催化性能的影响,结果发现Sm的掺杂以及构建的g-C₃N₄异质结对TiO₂的光催化性能有显著提高。最佳样品（0.5%）Sm-TiO₂/g-C₃N₄在光照120 min后,对亚甲基蓝（MB）光降解效率可高达91.8%,是纯TiO₂和纯g-C₃N₄的6.5倍和4.7倍;对盐酸四环素光催化降解率高达93.3%,是纯TiO₂和纯g-C₃N₄的4.2倍和2.8倍。由光催化机理实验证明,光生空穴（h⁺）和超氧自由基（·O₂^-）为光催化降解的主要活性物质。（3）以新疆棉花秸秆为生物质碳源,采用两步法制备了生物质碳掺杂二氧化钛与氮化碳复合光催化材料（C-TiO₂/g-C₃N₄）,同时探究了生物质碳的投入量以及g-C₃N₄与TiO₂质量比对TiO₂光催化活性的影响。结果表明,（0.1）C/TiO₂/g-C₃N₄最佳复合材料在90 min可见光照射后,对亚甲基蓝的光降解率为92.6%,对盐酸四环素的光降解率高达97.3%。结合机理研究结果,证明超氧自由基（·O₂^-）为光催化降解的主要活性物质,光生空穴（h⁺）与羟基自由基（·OH）为次要活性物质。