纳米TiO2因其化学稳定性、无毒和能有效去除大气和水中的污染物而成为解决能源和环境问题的理想材料。将光催化剂的超亲水性能和催化氧化性能相结合,研制具有高活性的光催化降膜反应器,有望提高光能利用效率,解决催化剂回收困难等问题,进而实现光催化反应器的工业化应用。本研究在前期研究工作的基础上,采用改进的溶胶-凝胶法,制备TiO2-xNx薄膜,对薄膜结构进行了表征分析。结果表明:当钛酸丁酯与环己烷的体积比为1:5,TiO2薄膜的提拉速度为150mm/min,TiO2涂覆3层、尿素涂覆8层时,制备的TiO2-xNx薄膜经可见光照射后,接触角由31°降到12°,其亲水化速度常数为0.018,所制备的TiO2-xNx薄膜在可见光下可实现亲水性。在对光催化反应器设计要素进行综合分析的基础上,优化设计了新型阶梯式平板光催化降膜反应器,建立了平板降膜流动的数学模型。利用亚甲基蓝降解试验研究了反应器的性能,在亚甲基蓝初始浓度为5mg/L,流量3L/min下,液膜厚度为1.016mm,亚甲基蓝降解率接近50%。利用该反应器对实际焦化废水的处理进行了研究,考察了pH值、外加氧化剂、光照时间、废水浓度对COD、色度、浊度的影响,结果表明:在pH为11.0、3%H2O2添加量为500ml/L、光照时间为5h、废水初始浓度为(COD)=125 mg·L-1的条件下,色度、浊度和CODcr的去除率分别为17%、57%和45%以上,效果较明显,说明光催化降解焦化废水具有可行性。在起始浓度较低的条件下,反应器光催化降解有机物过程可利用简化的Langmuir-Hinshelwood动力学方程进行描述,反应级数为拟一级。