近年来，随着经济的飞速发展，工业生产和城市化建设的规模在不断扩大，环境问题已成为全球关注的热门问题。当前的环境污染主要包括水污染、大气污染和土壤污染等，如何处理好人类和自然的可持续发展与环境之间的关系已显示出空前的急迫性[1]。水是生命之源，在各种环境问题中水污染的防治对于人类和自然的可持续发展以及人类的生命健康显得尤为重要[2]。 据统计，每生产 1 t 染料，2%的产品将进入到废水中，由此造成的水污染问题不容忽视[3]。在这些染料中，阳离子染料因其水溶性好、与水分子结合能力强、分子量小等特点，导致其生产废水色度高，p H 较低且显酸性，COD、盐分含量高，可生化性差[4]。目前阳离子染料废水处理技术主要有吸附法、膜分离法、化学混凝法、氧化法（普通化学氧化法、Fenton 法、光催化氧化法、湿式空气氧化法、超临界水氧化法）、电化学法、生物法等[5]。
1.1 染料废水及吸附处理技术
染料大致由阳离子染料、阴离子染料和非离子染料三个种类组成[9,10]。到目前为止，超过 10000 种染料已经用于工业生产中[11]。据统计，每生产 1 t 染料，2%的产品将进入到废水中[3]。其中，阳离子染料广泛应用于印刷、造纸、纺织、电镀、食品、化妆品和药品等行业，是水污染的主要来源。我国是阳离子染料的生产大国，其中主要生产地区为浙江省和江苏省，这也给当地造成了严重的染料废水污染[5]。 染料废水的排放会引起一系列的环境问题。受染料污染的水体将会影响太阳光的渗透并阻碍水生植物的光合作用[12]；印染废水也会引起水体的毒性和致癌性，严重威胁了人类和动物的饮水安全；极低浓度的染料存在于水体中，也会使水体的颜色变化明显，影响水体的感官效果，让人难以接受。阳离子染料因其水溶性好、与水分子结合能力强、分子量小等特点，导致其生产废水色度高，p H 较低且显酸性，COD、盐分含量高，可生化性差[4]，使阳离子染料废水成为较难处理的废水之一。阳离子染料结构中包含相当复杂的芳香基团，这些基团非常稳定，使得阳离子染料很难通过生物降解等传统的污水处理工艺而去除。传统的污水处理技术对去除水中可溶组分是有效的，但是仅仅是将污染物从一种媒介转移到另一种媒介中或者是将污水转化为需要进一步处理的水体。通过厌氧生物处理法或者化学还原法可以将阳离子染料结构中的偶氮双键还原为胺基，但在有氧的条件下部分还原产物会返色，并且产生的胺基类中间产物具有较大的毒性[5]。因此，如何有效去除染料废水中的色度成为研究的热点。
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1.2 重金属废水及处理技术
含有大量重金属的采矿废水、城市生活污水、工农业废水对人体和生物的健康构成了严重的威胁。重金属废水的主要来源有催化剂，电气设备，油漆与涂料，抗菌药，杀虫剂与杀菌剂，摄影，烟火制造，金属冶炼，金属电镀，化肥，采矿，合金，电线，铅管品，供暖设备，水净化，汽油添加剂，电缆护套，军火与电池等行业和领域[14,15]。水中主要的有毒重金属包括铜、镍、铁、镉、锌、铅等。水中的悬浮颗粒可吸附大多数重金属离子及其化合物而沉淀于水底，这会长期污染水体环境。其中，部分重金属及其化合物能在水生生物体内与农作物体内进行累积并参与到生物圈循环，从而进入人体，并在人体内进行累积，由于其不具有生物可降解的特点，将导致人体机能紊乱，产生各种疾病，对人体健康造成严重危害[7]。重金属废水污染有如下特点：(1）毒性大。微量重金属进入到天然水体中便可产生毒性反应，一般重金属产生毒性的浓度范围为 1.0～10 mg/L，镉、汞等毒性较强的重金属产生毒性的浓度范围则为 0.001～0.1 mg/L。 （2）毒性具有持续性。部分重金属甚至可以在微生物的作用下转化为毒性更强的有机化合物。 （3）不能降解只能是形态的转化。不管采用何种处理方法，重金属都不能被降解，只能改变其化合价或化合物种类。 （4）可大量富集。某些重金属生物富集浓度可达数万倍，严重危害生物体和人体的健康。
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第2章 过氧化钛制备条件的优化与表征
2.1 过氧化钛的制备
使用硫酸钛和一定浓度的稀硫酸配制 10%Ti(SO4)2 溶液 100 m L，在磁力搅拌器的搅拌作用下逐滴加入一定量的 30%H2O2，溶液会立即变为红棕色。接着向溶液中逐滴加入 10%的氨水调节溶液的 p H 值至一定值，此时溶液由红棕色逐渐变为黄色。同时，控制氨水的滴加速度保证体系的最高温度为一定值。然后用蒸馏水将浅黄色沉淀多次洗涤、静沉得到浅黄色固体，置于恒温水浴锅中，在 40℃下烘干。最后用研钵将干燥的固体研磨即得到过氧化钛。具体制备条件如下： （1）体系 p H 值：在控制氨水的滴加速度保证体系的最高温度为 40℃，过氧化氢滴加量为 35 m L 时，通过控制加入氨水的量使体系 p H 值分别为 6.0、7.5、9.0 及 10.0。 （2）体系的最高温度：控制氨水的滴加量使体系处于最佳 p H 值（p H=9.0），过氧化氢滴加量为 35 m L，通过控制氨水的滴加速度使体系的最高温度分别为20、30、40 及 50 ℃。
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2.2 过氧化钛的吸附
本论文在过氧化钛对阳离子染料具有选择性吸附的基础上，采用控制变量法，利用典型的阳离子染料亚甲基蓝探究过氧化钛制备过程中体系的 p H 值、最高温度及过氧化氢的滴加量等制备条件对其吸附性能的影响。 在暗室及室温条件下，向 200 m L 浓度为 400 mg/L 的亚甲基蓝溶液中，加入 0.2 g 的不同制备条件下制得的过氧化钛样品。每隔一定的时间，取出一定量的测试溶液，离心后取上层清液，采用可见分光光度计测试上层清液中残留的亚甲基蓝浓度，其中亚甲基蓝的最大吸收波长为 664 nm。 本论文为探究过氧化钛制备条件对其吸附性能的影响所采用的实验装置示意图如下。在暗室条件下，过氧化钛吸附剂加入到装有阳离子染料亚甲基蓝的石英杯中，在磁力搅拌器的搅拌作用下进行吸附实验。由不同体系的 p H 值、最高温度及过氧化氢的滴加量等制备条件制得的过氧化钛吸附剂对浓度为 400 mg/L 的亚甲基蓝溶液的吸附曲线如图 2.2、图 2.3及图 2.4 所示。从图中可以看出，所有的吸附曲线都呈现相同的规律：在最初的 5 min 内，亚甲基蓝的浓度迅速下降，这是由表面带正电荷的亚甲基蓝与表面带负电荷的过氧化钛吸附剂之间强烈的静电作用导致的[43]；然后，亚甲基蓝的浓度继续降低，但降低速度较之前有很大的减缓，这是因为随着吸附作用的进行，过氧化钛吸附剂表面空的吸附点位越来越少，同时已经吸附的亚甲基蓝分子会与进一步吸附的亚甲基蓝分子间形成排斥力[54]；最后，亚甲基蓝的浓度不再降低，吸附趋于平衡。
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第 3 章 过氧化钛对重金属吸附性能的研究 ........ 26
3.1 实验方法 ......... 26
3.2 结果与讨论 ..... 26
3.2.1 过氧化钛对重金属的平衡吸附量探究 .... 26
3.2.2 吸附动力学 ........ 28
3.2.3 吸附等温线模型 .......... 32
3.3 过氧化钛形成机制及其对重金属吸附机理的探讨 ........... 36
第 4 章 结论与建议 ........ 37
4.1 结论 ....... 37
4.2 建议 ....... 37
第3章 过氧化钛对重金属吸附性能的研究
本论文在过氧化钛对阳离子染料具有选择性吸附的基础上，设想其对带正电荷的重金属离子也具有吸附性，同时由于吸附作用发生在过氧化钛表面的羟基基团与阳离子染料之间，以阳离子染料亚甲基蓝为目标污染物得出的过氧化钛最佳制备条件也为以重金属为目标污染物的过氧化钛最佳制备条件。为探究过氧化钛对重金属吸附性能的影响，采用在最佳制备条件下制得的过氧化钛吸附剂对重金属进行吸附实验。
3.1 实验方法
本实验在过氧化钛的最佳制备条件：p H 为 9.0、最高温度为 40℃及过氧化氢滴加量为 35 m L 下制得过氧化钛吸附剂。在暗室及室温条件下，向 200 m L镉离子、铜离子及锌离子浓度分别为 25 mg/L、50 mg/L、100 mg/L、200 mg/L的硫酸镉、硫酸铜及硫酸锌溶液中，加入 0.2 g 最佳条件下制得的过氧化钛样品。每隔一定的时间，取出一定量的测试溶液，经 0.45 μm 的水性滤膜过滤后，采用原子吸收分光光度计测试溶液中残留的重金属离子浓度。 本实验所采用的实验装置与探究过氧化钛制备条件的优化所采用的吸附实验装置一致。
结论
本论文利用水热法成功制备出了过氧化钛吸附剂，利用阳离子染料亚甲基蓝对过氧化钛制备条件进行了优化，获得了最佳的制备条件。论文还通过过氧化钛对重金属的吸附实验，探讨了其对重金属的吸附性能及吸附机理。论文的主要结论为：
（1）在水热法制备过氧化钛吸附剂的过程中，通过改变氨水的滴加量及滴加速度、过氧化氢的滴加量，制备出了不同的过氧化钛吸附剂。通过制备的不
