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本发明涉及一种光催化反应处理废水的方法,其使用固定化的TiO2或掺杂过渡金属TiO2为催化剂,以废水为反应介质,发生光催化反应;其中所述的TiO2为锐钛型TiO2,所述的过渡金属为稀土元素,所述的固定化的TiO2或掺杂过渡金属TiO2中TiO2的负载量为0.82%~1.24%(重量比),所述的固定化TiO2或掺杂过渡金属TiO2的用量为5~12g/L废水,所述的光催化反应的反应光源为可见光光源或紫外光光源。本发明还涉及一种可实现上述光催化反应方法的光催化反应器。本发明的方法可以使TiO2催化的光催化反应在可见光下发生并具有高反应率。