二氧化钛作为一种高效、环保、无毒的吸附材料和光催化材料,被广泛的应用在处理饮用水中的砷污染问题。由于溶液的pH值、吸附剂的浓度、吸附时间、催化时间等多种因素对吸附和催化砷的效果都有着重要的影响,因此探索这些影响因素和砷在二氧化钛表面的吸附机理具有很重要的意义。本文通过水热法合成了完全暴露(101)面的锐钛矿二氧化钛。XRD测试结果表明二氧化钛为纯的锐钛矿相,SEM测试结果表明暴露(101)面的锐钛矿二氧化钛分散均匀,形貌均一,平均尺寸为96.34nm。BET测试结果表明暴露(101)面的锐钛矿二氧化钛的比表面积为17.6m2.·g-1,晶体表面存在大量介孔。用暴露(101)面的锐钛矿二氧化钛作为吸附剂对溶液中的三价砷和五价砷进行吸附。在砷的浓度为0.2mg·L-1,吸附剂浓度为0.1g·L-1的条件下,三价砷和五价砷在pH值为4、7、9三种溶液中均在150min达到了吸附平衡。动力学拟合结果显示对三价砷和五价砷的吸附行为更符合假二级动力学方程,说明化学吸附占主导地位。吸附等温线拟合结果表明吸附更符合Langmiur等温吸附模型,对三价砷和五价砷的饱和吸附量分别为1.8930 mg·g-1和1.8566 mg·g-1。在pH=1～13.5共14种溶液的吸附结果表明对三价砷在中性和弱碱性条件下吸附效果好,对五价砷在酸性条件下吸附效果好。在pH=1-13共13种溶液中进行紫外光催化,实验结果表明在pH=8～12五种条件下可以在30min内将三价砷全部氧化为五价砷。利用密度泛函理论对三价砷和五价砷在暴露(101)面的锐钛矿二氧化钛上的吸附进行计算模拟在酸性、中性和碱性三种条件下的稳定结构和吸附能。三价砷和五价砷在(101)面上的吸附竞争能力为:As(III): AsO33->OH->HAsO32->H2ASO3->H2O>H3AsO3;As(V):AsO43->OH-> HAsO42->H2AsO4->H3AsO4>H2O。在pH=8时三价砷溶液中主要为H2AsO3-;pH=4时五价砷溶液中主要为H2AsO4-;在pH=13和13.5时为AsO33-和AsO43-。