水土流失是导致水环境面源污染发生的动力因素,水土流失的加剧致使每年数百万吨的污染物进入水体,严重污染了河流、水库、湖泊、滨海等水域。在种类繁多的面源污染物中,铬Cr(Ⅵ)和磷酸盐由于其毒性大、污染范围广且难治理,对生态环境和人体健康造成了严重的威胁。目前用于处理水中Cr(Ⅵ)和磷酸盐的技术主要有化学沉淀法、离子交换法、电解法、结晶法、生物法及吸附法等,但这些方法普遍存在操作工艺复杂、消耗大量化学试剂、产生污泥沉淀、反应不稳定、性能差、寿命短、对废水环境要求严格及对环境造成二次污染等弊端。本研究分别采用两种改良的新方法制备出二硫代氨基甲酸锌/硫化锌和纳米钛酸两种新型纳米复合材料,通过改变制备过程中的反应条件,研究了制备这两种纳米复合材料的最佳工艺。采用FT-IR、XRD、FESEM、EDS、TEM、TG、UV-Vis及BET等表征方法对纳米复合材料的微观形貌、分子结构及化学组分等特征进行比较分析,并对两种纳米材料去除水中Cr(Ⅵ)和磷酸盐性能进行了系统的研究。采用改良的方法制备出一种新型DTC类捕集剂衍生物二硫代氨基甲酸锌/硫化锌纳米复合材料。通过改变反应过程中的胺/硫摩尔比、胺/锌摩尔比,反应温度和反应时间等参数,探讨了制备该纳米复合材料的最佳工艺。研究发现,当反应试剂中胺/硫摩尔比2:1,胺/锌摩尔比为1:1,反应温度为70 ℃且反应时间为3 h时,可以获得性能较好的二硫代氨基甲酸锌/硫化锌。表征分析表明,二硫代氨基甲酸锌/硫化锌是由二硫代氨基甲酸锌及硫化锌两种物质组合的粒径较小、分布较均匀的纳米颗粒。纳米复合材料的吸收光谱表现出DTC类捕集剂及硫化锌的振动特性,且含有Zn、S、C及N元素及氮碳硫基团。研究了二硫代氨基甲酸锌/硫化锌投加量、溶液初始浓度、溶液pH值、反应时间及反应温度对Cr(Ⅵ)及磷酸盐吸附性能的影响。去除Cr(Ⅵ)反应结果表明,二硫代氨基甲酸锌/硫化锌能够瞬间去除水中Cr(Ⅵ),反应仅为1min时去除率即达到96.5%,且在所有pH条件下均具有较高的去除能力。吸附动力学、热力学研究表明二硫代氨基甲酸锌/硫化锌对Cr(Ⅵ)的吸附过程可用拟二级动力学模型、Freundlich吸附等温模型描述,该过程是自发的吸热反应过程,高温有利于吸附的进行。当温度为50 ℃C时,Cr(Ⅵ)平衡吸附量可达到75.30 mg/g。去除磷酸盐研究结果规律与Cr(Ⅵ)反应相似。结合性能研究及表征测试,推测二硫代氨基甲酸锌/硫化锌去除水中Cr(Ⅵ)和磷酸盐主要分为两个部分。首先是Cr(Ⅵ)和磷酸盐与二硫代氨基甲酸锌中的功能基团HNC(=S)S—发生的络合反应,使二硫代氨基甲酸锌围绕着一定比例的离子形成了一个络合基团环。与此同时,纳米复合材料中的硫化锌上只含有硫原子的开放端也吸附了一定比例的Cr(Ⅵ)和磷酸盐。采用自主研发的有机均相沉积法制备出一种新型纳米钛酸材料,并通过改变掺杂金属离子的种类及金属离子的掺杂比例,探讨制备纳米钛酸的最佳工艺。结果表明,掺杂金属Fe的纳米钛酸具有较好的Cr(Ⅵ)吸附性能,且当Fe元素掺杂量为10%时,纳米钛酸对Cr(Ⅵ)的去除能力最高。表征分析表明,Fe掺杂纳米钛酸是由表面均匀分布着细小颗粒的鳞片状纳米片组成的花球状纳米颗粒,纳米复合材料中含有钛氧化物的特征官能团,且包含Ti、O及Fe元素。研究了 Fe掺杂纳米钛酸投加量、溶液初始浓度、溶液pH值、反应时间及反应温度对Cr(Ⅵ)和磷酸盐吸附性能的影响。去除Cr(Ⅵ)反应表明,Fe掺杂纳米钛酸可以瞬间去除水中Cr(Ⅵ),反应仅为1min时去除率即达到87.5%。反应吸附量随着投加量的增加先迅速增高再减小,在投加量为0.03 g时出现了一个峰值,最大吸附量为36.08 mg/g。除强酸强碱条件外,Fe掺杂纳米钛酸在很广的pH条件下均具有较高的去除能力。吸附动力学、热力学研究表明Fe掺杂纳米钛酸对Cr(Ⅵ)的吸附过程可用拟二级动力学模型、Langmuir吸附等温模型描述,该过程是放热反应过程,低温更有利于吸附的进行。去除磷酸盐结果与Cr(Ⅵ)反应相似,磷酸盐平衡吸附量可高达291.55 mg/g。对比试验研究表明,两种新型高效纳米复合材料对Cr(Ⅵ)和磷酸盐的吸附能力均远远高于常见的吸附剂。本研究制备的两种新型纳米复合材料具有制备方法简单、反应速率高、去除容量大、在很广的污染物初始浓度、pH、及温度范围内均具有较高的去除能力等优势,尤其适用于处理工厂泄漏导致的突发性水污染事件,可以迅速去除水中高浓度的Cr(Ⅵ)和磷酸盐,有效防止污染的蔓延。最重要的是,在治理水体Cr(Ⅵ)和磷酸盐污染的同时,反应生成的纳米络合物可以被进一步应用于电学、磁学及光催化等领域,无需再生或堆放处理,不会对环境造成二次污染,同时实现了铬及磷元素的再利用,这使得两种新型纳米材料在水体面源污染处理中具有广泛的应用前景。