近年来，因钛酸盐纳米材料具有比表面积大，离子交换性能好，纳米级结构细小均匀，光照下量子效应好等特点，被广泛应用于重金属的吸附去除领域。随着研究的深入，使用贵金属掺杂改性后的钛酸盐纳米复合材料越来越多地出现。然而，在实际废水处理工作中，水体中通常是多种重金属离子共存，会增加对生物的危害。因此，消除重金属多重污染，以减轻对人类健康和水生生态系统的有害影响，具有重要的现实意义。一般来说，吸附剂在多系统中的行为与单一系统中的行为完全不同。本文利用一步水热法合成 Nb /TiNFs，并研究了 Nb /TiNFs 对Pb(II)和Cu(II)的单一以及竞争吸附，重点关注复合体系中Pb(II)和Cu(II)的竞争吸附行为。根据Nb /TiNFs的XRD表征结果可知，Nb /TiNFs 在吸附 Pb(II) 、Cu(II) 前，于 2θ≈10°时出现了 强衍射峰，代表 Nb /TiNFs 的层间距离，表明合成 的 Nb /TiNFs 为多层纳米结构2θ 为 24.5°、 28.1°、48.1°、62.0°时的初级衍射峰代表钛酸钠晶体（LEE C K, et al. 2008），可以用化学式 Na₂H₂-xTi₃O₇·nH₂O 表示 ( x 取决于钠含量) 。因此，水热合成后生成的 Nb / TiNFs 由三钛酸盐组成，该钛酸盐由三重的［TiO₆］八面体(骨架) 和夹层中可交换的H + /Na + 组成（SUN X M, LI Y D, 2003）。
通过分析吸附竞争实验数据，得出如下结论：
(1) 由动力学可看出Nb /TiNFs对Pb(II) 、Cu (II) 的吸附速率都较快，在60分钟左右就达到了吸附平衡，且Pb(II) 、Cu(II)在Nb /TiNFs上的吸附都符合准二级动力学模型，属于化学吸附过程，具体机制表现为 Pb²⁺ 、Cu²⁺与Nb /TiNFs层间H+ /Na+的离子交换。
(2) 在单一吸附中，Nb /TiNFs 对两种金属离子的最大吸附量为 Pb(II) ( 2.474 mmol·g^-1) ＞ Cu ( II) ( 1.876 mmol·g ^-1) ，说明了两种金属在Nb /TiNFs上的吸附差异性，Nb / TiNFs 对Pb(II)的吸附能力要强于对Cu(II)的吸附行为，且吸附等温线符合 Langmuir 模型。
(3) 在二元竞争吸附中，Pb(II)的存在极大地抑制了Nb /TiNFs对Cu(II)的吸附，Pb(II)的竞争吸附能力极强，即使Pb(II)处于浓度劣势中，其吸附量依旧大于Cu(II)。研究表明电负性较强的金属离子更容易被吸附到吸附剂表面，电负性大小 Pb(II) ＞ Cu(II) ，符合二元体系竞争吸附的最大吸附量排序，所以电负性是影响金属吸附的因素之一。在溶液中金属阳离子以水合离子形态存在，首先解离结合水变为自由离子，进而与 Nb /TiNFs 层间的H+和 Na+发生离子交换，所以金属离子的水合能越小，越容易解离为自由离子与 Nb /TiNFs 的相应位点发生离子交换，两种金属离子中Pb (II)的水合能较小，最容易解离并发生离子交换，表现为在二元体系中 Nb /TiNFs 对Pb(II)的吸附量较大，而水合能较大的Cu(II)则吸附量较小。因此影响金属离子吸附能力大小的机制为电负性和水合能的大小，金属离子的电负性越大、水合能越小，其吸附能力越强。