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化工、材料、冶金及制药等行业的快速发展的同时,也带来了严重的重金属污染,对人类赖以生存的生态环境构成严重威胁。锐钛矿型纳米二氧化钛含有较多的缺陷和位错,且其表面裸露大量不饱和态原子,可与多种金属离子结合,从而在有害金属废水处理中有着良好的应用前景。本文系统研究了纳米二氧化钛(NTO)对水溶液中Cr(Ⅵ)、Cd(Ⅱ)、Mn(Ⅶ)及Pb(Ⅱ)等剧毒重金属离子的吸附性能。首先研究了 pH值对吸附的影响。结果表明,pH值对Cr(VⅥ)、Mn(Ⅶ)阴离子具有相同的影响规律,即在较低pH范围时,吸附率大幅上升,然后趋于平缓,而pH较大时,吸附量急剧下降,它们的最佳吸附pH范围分别是3～5及6～9。pH值对NTO吸附阳离子的影响与上述趋势不同,如NTO对Cd(Ⅱ)的吸附量随着pH值的增大呈上升趋势,当pH值为4～5之间时,吸附量上升趋于平缓。在最优吸附pH值下,固定金属离子的初始浓度,研究了吸附量(Qt)随时间(t)的变化趋势。结果表明,NTO对Cr(Ⅵ)、Mn(Ⅶ)、Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)的吸附动力学均符合准二级吸附动力学方程。在最优吸附pH值下,研究了平衡吸附量(Qe)与溶液中金属离子平衡浓度(Ce)之间的关系,结果表明,NTO对上述离子的吸附等温线均符合Langmuir方程,饱和吸附容量(Qmax)分别为31.75,21.02,6.14及23.28 mg·g-1。采用粉末X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)等手段研究吸附剂在吸附前后微观结构的变化,从而探究NTO的吸附机理。XRD图谱表明NTO在吸附上述离子前后均为锐钛矿结构,且衍射峰的位置基本保持不变,即吸附前后吸附剂的晶胞参数未发生改变,故NTO对上述离子的吸附应为表面吸附;当NTO达到饱和时,其(101)晶面衍射峰强度明显提高,通过对外部离子的吸附,可使(101)晶面上的缺陷和位错得到修补,降低了 NTO的表面能。吸附前NTO的IR谱中650 cm-1的吸收峰为Ti-O伸缩振动,吸附后出现了 3350,1640 cm-1的吸收峰,分别对应于吸附水中羟基的伸缩振动与弯曲振动,说明Cr(Ⅵ)、Mn(Ⅶ)、Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)等离子是以水合离子的形式被吸附的,同时吸附后Ti-O键的吸收峰都相应减弱,说明吸附过程中分别形成了Ti-O-Cr,Ti-O-Cd,Ti-O-Mn 以及Ti-O-Pb键。NTO在重金属废水处理领域具有良好的应用前景,本文为NTO吸附重金属提供了丰富的基础数据,为其实际应用开辟道路。