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非均相光催化已作为一种高级氧化过程展现在人们面前。纳米二氧化钛几乎可以降解所有的有机污染物，并有望利用太阳光。因此，基于钠米二氧化钛的环境光催化是一种颇有前景的环境治理技术，该领域正成为研究的“热点”而引起广泛关注。然而环境光催化的产业化应用还极为有限，究其原因：主要是相对较低的降解速率和量子产率，以及近紫外光能量(λ<380nm)的需求。
本文围绕“提高降解速率和量子产率”的目标，主要研究了两个有价值的反应体系；建立了基于相邻活性位双分子表面反应的非均相动力学模型和基于柱状发光体的辐射传递模型；应用模型分析了实验结果，考察和比较了三种不同构型的光催化反应器；进行了实际的反应器成套装置设计。主要研究工作如下：
在TiO<,2>-Na<,2>S<,2>O<,8>-苯酚反应体系中，当Na<,2>S<,2>O<,8>的初始浓度小于500 mg·l<,-1>时，苯酚的降解速率随着Na<,2>S<,2>O<,8>初始浓度的降低，而急剧下降。过硫酸盐作为电子受体，抑制了电子/空穴的复合，起到了促进苯酚的降解的协同作用。然而，当Na<,2>S<,2>O<,8>初始浓度大于500mg·l<-1>时，竞争性吸附起关键作用，过多的过硫酸盐将严重影响到苯酚的吸附，反而不利于苯酚的降解。当Na<,2>S<,2>O<,8>初始浓度为500mg·l<-1>时，可观察到苯酚的降解速率达到最大。
开发了基于相邻活性位双分子表面反应的非均相动力学模型，针对苯酚和过硫酸钠在固体催化剂表面活性位上发生的光催化降解反应，通过模型判别确定了关键控制步骤，运用多元非线性回归的方法进行了参数估计和显著性检验，由回归系数求得反应速率常数与吸附平衡常数，并最终得出由反应物苯酚与过硫酸盐初始浓度表示的本征速度方程，即苯酚初始降解速率方程。
在温和条件下制备了TiO<,2>溶胶，并将其负载在粉状活性炭(AC)上，形成TiO<,2>-AC复合催化剂，TiO<,2>粒径较小，分散性好，在活性炭表面和孔系内都负载有二氧化钛，钛元素高达40.34wt％。
在复合TiO<,2>sol/AC-苯酚体系中，相同条件下降解速率大于纯TiO<,2>sol颗粒与纯活性炭降解速率之和，表现出高的协同效应。与机械混合的P25-TiO<,2>/AC相对照，复合TiO<,2>sol/AC降解苯酚的速率要高得多，可能的原因是TiO<,2>sol与AC之间的吸附力较强，吸附态苯酚进行界面转移相对也较容易。通过设计的脱附试验表明；紫外辐照后，复合催化剂上不会产生苯酚累积性吸附。
建立了基于柱状发光体的辐射传递模型，利用该模型可求得局域光子吸附体积速率(LVRPA)以及光子吸收速率的体积均值(VRPA)。并针对三种不同构型，以苯酚为对象污染物的反应器进行设计计算，以求得反应器系统降解速率和量子产率。计算结果与实验结果基本吻合。同时，该模型可以为反应器设计和构型选择提供指导，初步分析表明，复合催化剂固定相是一种新型的反应器构型，其降解速率和量子产率要优于传统的其它三种反应器构型。设计出实际的光催化反应器，包括耦合微孔过滤的光催化降解成套装置和基于集束弥散光纤的反应器成套装置。解决了设计中的一些实际问题，如，废水的预处理，悬浮体系中的固液分离，弥散光纤侧面辐射照度计算方法的修正以及整束光纤专用分配器的设计。进行了人工光源与自然光源的降解试验，并作了模型计算。