为了去除污水中重金属离子，研制经济、高效的吸附材料具有非常重要的现实和长远意义。本文分别使用尿素和硫脲对TiO₂材料进行改性，通过单因素和正交实验确定了制备尿素改性TiO₂和硫脲改性TiO₂的最佳工艺，并将材料用于吸附水中的Cr（VI）、Pb²⁺和Cu²⁺，考察了pH值、吸附时间、吸附剂用量、温度、和重金属离子溶液的初始浓度对吸附效果的影响，并讨论了每个吸附过程的吸附动力学、热力学规律，还对吸附剂吸附重金属离子后的脱附再生进行了研究。并借助于FTIR、SEM、EDS等手段对尿素改性TiO₂和硫脲改性TiO₂进行了表征。结果表明，尿素改性TiO₂吸附剂制备的最佳工艺条件为：煅烧时间6h，尿素用量13g，pH3.0，煅烧温度为350°C。尿素改性TiO₂吸附Cr（VI）、Pb²⁺和Cu²⁺的最佳pH均为5，吸附平衡用Langmuir模型能很好拟合，而且属于优惠吸附。同时吸附Cr（VI）和Cu²⁺具有吸热、自发、熵增特征，属于化学吸附。25°C时，尿素改性TiO₂吸附Cr（VI）、Pb²+和Cu²⁺的最大饱和吸附量分别为26.525、21.008和6.954mg/g。动力学分析结果表明，尿素改性TiO₂吸附Cr（VI）、Pb²⁺和Cu²⁺的过程均符合二级反应动力学，而且随着时间的延长，吸附过程开始时较快，随后逐渐减慢，直至达到平衡。颗粒内扩散不是唯一的控速步骤，吸附过程还受到离子交换或络合的控制。0.1mol/L HCl即可脱附尿素改性TiO₂吸附的Cu²⁺，其脱附率为95.559%，0.5mol/L NaOH脱附Cr（VI），其脱附率为89.009%。硫脲改性TiO₂吸附剂制备的最佳工艺条件是：煅烧温度为150°C、硫脲用量为5g、煅烧时间为2h、pH为3.0。硫脲改性TiO₂吸附Cr（VI）、Pb²+和Cu²+的最佳pH分别为3.0、5.0和5.0。吸附平衡用Langmuir模型能很好拟合，而且属于优惠吸附，25°C时，最大饱和吸附量分别为12.674mg/g、32.895mg/g和88.50mg/g。吸附过程具有吸热、自发、熵增特征，属于化学吸附。硫脲改性TiO₂吸附Cr（VI）、Pb²⁺和Cu²⁺的过程符合二级反应动力学，颗粒内扩散不是唯一的控速步骤。实验表明本实验吸附剂制备简单、成本低、对重金属离子去除效果明显，是一种非常有潜力的重金属离子污水处理剂。