工业废水的大量排放加剧了环境污染,冶金企业的生产中也面临同样严峻的问题。该类废水含有大量的铬、镍、铅等重金属离子,其中大部分来自金属加工的酸洗废水,有色金属冶炼的电镀废水,以及铬铁合金生产过程产生的废水等。而传统的废水降解工艺不能达到国家排放标准,因此寻找新型的、高效的废水处理方法成为近年来学者们研究的热门课题。其中,光催化氧化法是一种绿色环保的新型污水处理技术,其中如何更有效的提高传统光催化剂TiO₂的光催化效率,提高光量子产率为急需解决的根本问题。本文通过Hummer法制备了GO分散液,通过改进后的水热法获得了比表面积较大的TiO₂/rGO光催化纳米材料。通过XRD、Raman、TEM等检测手段对材料的形貌、结合方式进行物相分析。结果发现实验制备出的rGO为典型的二维褶皱状,水热有利于TiO₂纳米材料的形成,其晶型为锐钛矿型。Ti-C键的出现意味着TiO₂与rGO有相互键合作用。UV-vis光谱的红移证明材料在可见光下可被激发产生电子空穴对,从而提高催化活性。通过公式计算,材料禁带宽度变窄。与Degussa P25降解能力进行实验对比,TiO₂/rGO复合材料在可见光下显示出良好的光催化活性。实验采用不同反应时间下制备的TiO₂/rGO材料对含Cr⁶⁺模拟废水进行催化反应,结果表明材料对Cr⁶⁺的还原性较好。采用原位聚合法的方式,在TiO₂/rGO基础上制备了“导电聚合物—石墨烯—半导体”三元体系光催化剂—TiO₂/rGO/PANI。材料的形貌、结合方式由XRD,Raman,SEM,TEM,FT-IR,XPS,UV-vis表征得到。通过计算,聚苯胺质子化效率的提高证明了TiO₂/rGO/PANI结合度较好。研究了不同PANI添加量对光催化降解亚甲基蓝的性能的影响,当苯胺添加量为0.45×10^-33 mol时TiO₂/rGO/PANI光催化剂催化效率最高。研究发现是由于rGO的π-π键和PANI特殊的能级结构,使得TiO₂在光照下产生的电子空穴对的复合效率大大降低,产生了“双通道”的光催化降解效果,从而提高了光生载流子的数量,进一步提高其光催化性能。通过对其动力学模型进行拟合,探究了该材料对Cr⁶⁺的还原机理和还原过程,大量的自由e^-的产生是使Cr⁶⁺还原的关键。为了进一步验证石墨烯对光催化材料催化性能的促进效果,在上述实验的基础上,以ZnO为半导体光催化材料,通过水热法对ZnO和氧化石墨烯进行了复合,制备出ZnO/rGO。利用XRD、SEM、UV-vis对制备样品的物相结构、形貌进行了测试表征。研究结果表明,制备的ZnO/rGO复合材料中ZnO的晶型保持不变,其禁带宽度得到了明显下降。所制备的材料表现出良好的光催化降解特性。实验表明石墨烯的复合提高了ZnO的光催化效果,并且为光催化材料的选择拓宽了方向。