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铬是主要的水体重金属物污染物之一。吸附法是新型处理含铬废水的方法，具有高效、节能的优点，但吸附法一般只处理单一形态的铬。然而Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)在一定条件下能相互转化，因此含铬废水中Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)常常共存。钛酸纳米管(Titanate Nanotubes，TNTs)是具有精细管状结构的纳米材料，具有很大的比表面积和较低的等电点，且表面有丰富的功能羟基，对重金属有优异的吸附性能。 本文以水热法合成TNTs，先分别考察了TNTs对单一Cr(Ⅲ)溶液和单一Cr(Ⅵ)溶液的吸附，进而探讨共存体系下Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)在TNTs表面的耦联吸附。分别探讨了pH值、温度、Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)浓度比、吸附剂量等因素对耦联吸附的影响。应用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线谱(EDX)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、激光拉曼光谱(LRS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等表征手段对耦联吸附的机理进行了研究。 结果表明，TNTs吸附单一Cr(Ⅲ)的最佳pH为5，准二级动力学模型能最好地描述Cr(Ⅲ)在TNTs上的吸附动力学过程（R2接近1）。而Langmuir模型对TNTs吸附Cr(Ⅲ)的等温吸附拟合较好，表明Cr(Ⅲ)在TNTs上的吸附近似为单层吸附，计算所得的饱和吸附量可达88.74 mg/g。另外，TNTs吸附单一Cr(Ⅵ)的最佳pH为1，此时Cr(Ⅵ)的最大吸附量为12.74 mg/g。TNTs吸附Cr(Ⅲ)的机理为离子交换与表面络合的共同作用，而吸附Cr(Ⅵ)主要表现为静电吸引。 在Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)共存体系中，TNTs对Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的吸附量与单一吸附相比，在pH为2-6的范围内均有所提高，且最佳吸附pH为5，最大吸附量分别提高约20％和10％。这是由于Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)通过氧桥耦联为离子团，能共同被吸附到TNTs表面，表现为协同促进作用。随着TNTs投加量的增加，Cr(Ⅲ)的去除率不断增加直至接近100％，而Cr(Ⅵ)的去除率却呈现先增加后减少的趋势，表明TNTs投加量超过一定值以后，Cr(Ⅵ)会发生脱附。共存体系下动力学实验能直观地观察Cr(Ⅵ)的脱附现象。 LRS、XPS、FTIR等表征结果显示，同时吸附了Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的TNTs(TNTs-Cr(Ⅲ)/Cr(Ⅵ))上存在Cr(Ⅲ)-O-Cr(Ⅵ)键，证明Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)形成的离子团被吸附到TNTs表面。综合所得实验结果，得到TNTs吸附Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的机理为:在pH为5的共存体系中，Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)能耦联形成离子团，Cr(Ⅲ)和离子团均能被吸附到TNTs表面;当TNTs较少时，TNTs吸附饱和，Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)能相互促进吸附;当TNTs投加过量，TNTs吸附不饱和，表面有剩余的吸附位点，此时已吸附到TNTs表面的离子团外层的Cr(Ⅲ)会发生重排，转移到TNTs表面的剩余的吸附位点，削弱耦联作用，破坏离子团，Cr(Ⅵ)重新释放到溶液中，因此Cr(Ⅵ)的去除率反而随TNTs投加量增加而下降。 本文以TNTs为吸附剂，深入探讨了Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)共存的相互作用规律以及在吸附剂上的耦联吸附行为，并结合多种表征手段证实了TNTs吸附Cr(Ⅲ)/Cr(Ⅵ)离子团的机理。本文为TNTs在复合重金属污染水体中的应用，尤其是在Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)共存水体中的应用奠定了一定的理论基础。