进入21世纪以来,随着生态环境保护意识的增强,废水处理方法（如吸附法、光催化法）得到了广泛研究,新型应用材料不断涌现,主要发展为聚合物体系、有机复合材料体系、无机材料体系等。其中,无机材料具有工业化成本低、合成简单、性能可控、不易引起二次污染,且可以应用于多种废水处理单元操作等优点。在上述背景下,考虑到Ti丰富的储量与广阔的应用前景,本课题基于二氧化钛基材料,在二氧化钛基新材料开发、废水处理应用、材料回收利用、过程模型构建等方面开展了系统研究。首先,基于阳极氧化TiO2纳米管,开发了油相循环磁性负载法与EDTA辅助原位单步阳极氧化法,分别向TiO2纳米管中成功引入了纳米级铁与原子级铁,制备得到了Fe3O4-C-TiO2、Fe-TNT新型二氧化钛基复合材料,丰富了TiO2纳米管的修饰方法。新方法制备的复合材料的废水处理实验结果表明,与纯相TiO2材料相比,得益于纳米级Fe3O4的磁性、Fe系材料的能带特性,复合材料对废水中污染物的去除性能获得了极大提升。其次,阳极氧化制备TiO2纳米管的过程产生了大量钛箔固废,为了提升材料开发的经济性,依照外加晶种与钛箔的物化性质差异,设计开发了晶种辅助水热过程。相较于传统水热方法,晶种辅助水热法以更低的合成条件（1 M Na OH,6 h）制备了单层、二层乃至三层钛酸氢钠固定化阵列。该材料对废水中的重金属Pb（Ⅱ）具有优异的选择性吸附性能(单层吸附模型,Qmax=7.794 mmol/g)。针对钛酸氢钠吸附过程,提出了面积基体系并构建了多机理共同作用的废水处理动力学模型,对表面吸附-离子交换、表面吸附-光催化固定、钛酸氢钠空间元素分布进行了深入理论探讨。最后,基于钛酸氢钠良好的吸附和光催化性能,开发了一套以钛酸氢钠为媒介的协同处理路线:钛酸氢钠在暗吸附Pb（Ⅱ）过程中实现自身晶体结构、结晶度、比表面积、载流子性质以及吸附性能的调控,进而提升光催化去除有机污染物的性能,实现了废水中Pb（Ⅱ）、罗丹明B的高效协同处理。相较于单一去除体系,协同处理过程速率常数分别提升了16%和283%。该协同处理设计使用不加任何修饰的钛酸氢钠,降低了废水处理成本,同时创新性地提出了利用废水污染物Pb（Ⅱ）进行材料原位改性的技术路线,丰富了钛酸氢钠在废水系统处理方面的应用。