随着环境污染问题的日益突出,水污染的治理尤其是含有机物废水的治理成为当今世界关注的热点问题。作为新兴的环境修复技术—吸附/光催化在治理污水方面的应用日益受到人们的重视。气凝胶材料是一类具有高比表面积和优异吸附性能的纳米多孔轻质材料,在环境保护和能源利用等领域有着广泛的应用前景,但传统的方法制备周期长、耗能大、不易回收,影响了其推广应用。因此,开发新型无机气凝胶材料的制备工艺,构建高效吸附降解体系,实现无机气凝胶的高层次利用,具有重要的理论意义和实际应用价值。本论文旨在系统研究新型无机气凝胶材料在吸附/光催化方面的应用：将低能耗干燥技术分别与表面修饰技术、催化载体重构技术、吸附/光催化技术耦合,制备出了具有不同表面基团修饰的硅基气凝胶、铜基气凝胶微球、金红石型钛基气凝胶、新颖结构硅钛复合气凝胶和基于硅基气凝胶为前驱体的新型光催化材料；通过多种表征手段来分析新型无机气凝胶材料的晶相、微观形貌、表观基团、比表面积及孔结构特征；同时,研究了无机气凝胶材料的形成机理、对有机污染物的吸附/光催化机理和无机气凝胶材料可能存在的特殊性能及新的应用前景。本论文主要内容分为以下三个部分：1.不同表面基团硅基气凝胶的常压制备及其对染料的吸附研究(1)通过典型溶胶-凝胶和常压干燥过程,调控合成条件成功制备了亲水型和疏水型硅基气凝胶,用于吸附阳离子染料(罗丹明B和亚甲基蓝)；以相对廉价的三甲基氯硅烷作为改性剂,采用溶胶-凝胶法、常压干燥和高温煅烧等步骤制备了亲水型硅基气凝胶,并用于吸附多种染料(罗丹明B、亚甲基蓝、结晶紫和橙黄Ⅱ)；结果表明此类硅基气凝胶对阳离子染料罗丹明B有较好的吸附效果,吸附容量高于100mg/g。(2)利用吸附实验研究酸碱值、吸附时间和初始浓度等因素对气凝胶吸附行为的影响,探讨了不同表面基团硅基气凝胶的吸附性能；利用不同的等温模型考察了具有不同表面基团硅基气凝胶的吸附平衡性能；通过分析不同表面基团的硅基气凝胶对不同染料的吸附,证明硅基气凝胶具有吸附染料的特点及其吸附过程受多种因素(氢键、亲/疏水性、静电作用等)共同影响。2.新型非硅基气凝胶的环氧丙烷法制备及其在染料废水处理中的应用(1)通过溶胶-凝胶和冷冻干燥成功合成羟基氯化铜自组装气凝胶微球。微球的尺寸和比表面积分别约为1～2μm和76.71m2g-1。通过研究对亚甲基蓝吸附效果以考查羟基氯化铜气凝胶微球的吸附能力。研究了多种影响因素(酸碱值、染料的初始浓度、反应时间等)对微球吸附亚甲基蓝的影响。吸附实验数据符合Freundlich吸附等温模型。热力学分析结果表明该反应是放热的、自发的、有序的反应过程。(2)通过溶胶—凝胶法、表面改性和常压干燥等过程制备了疏水型金红石相二氧化钛气凝胶,多种表征手段对该氧化钛气凝胶的晶相、微观形貌、比表面积和结构进行表征分析；考察了疏水型金红石相二氧化钛气凝胶在模拟可见光下催化降解罗丹明B染料的性能,探讨了该二氧化钛气凝胶可能的形成机理和光催化机理。实验表明,在光照180分钟后,疏水型金红石相二氧化钛气凝胶还能继续保持与水良好的接触角,体现一定的抗紫外线性能。3.以硅基气凝胶为基体制备新型光催化剂及其催化性能研究(1)以钛酸钾为前驱体,通过离子交换协同醇盐水解缩聚过程,表面改性和常压干燥制得新型含钛硅基气凝胶；为了更好地构建含钛硅基气凝胶的网络结构,通过改变新颖前驱体的含量可调节气凝胶的微观构成粒子大小在10nm到30nm内变化,有效地限制了气凝胶因颗粒较小产生团聚现象。抗紫外疏水性含钛硅基气凝胶材料在可见光照射下表现了对染料降解良好的光催化的性能。主要是将适量的钛掺杂到氧化硅气凝胶的网络结构中。(2)首次以硅基气凝胶为前驱体,通过在反应体系添加聚乙烯毗咯烷酮水热法合成了硅酸铋纳米花和硅酸铋纳米片光催化剂。研究发现聚乙烯吡咯烷酮在形成自组装型纳米花结构起到了关键性作用。通过实验数据初步探讨了纳米花光催化剂的结构形成机理。同时,对比了两种硅酸铋微观结构对染料的光催化降解效果,硅酸铋纳米花因具备适宜的微观结构和更高的比表面积比硅酸铋纳米片显示更好的光催化活性。