纳米科学为环境修复提供了新的技术手段，包括纳米光催化技术、纳米膜分离技术及纳米吸附技术。研究表明，把一维的TiO₂纳米纤维组装成大尺寸的二维薄膜材料，可以得到易于回收分离的光催化材料，同时由于一维纳米结构的缠绕交织，形成了多孔的网格结构，赋予了薄膜吸附分离的功能；其次，磁性空心纳米结构具有密度低、比表面大、易于分离回收等优点，是理想的快速吸附材料。在本论文中，我们尝试改进TiO₂纳米纤维薄膜材料的构筑工艺和磁性空心材料的制备方法，同时利用碳材料（如碳纳米管、石墨烯等）、金属材料及半导体材料对其进行修饰和性能优化，探究其在环境修复领域（有机污染降解、水处理、生物大分子吸附）中的应用。主要结果简述如下：（1）TiO₂纳米纤维薄膜的液液界面法构筑及其光催化性能研究：通过钛酸四正丁酯和氢氧化钠在正己烷/水界面处的溶剂热反应以及酸洗、煅烧后处理，成功制备了二氧化钛纳米纤维薄膜。钛酸四正丁酯和氢氧化钠在液液界面处发生反应，生成高结晶度的纳米纤维，这些纤维的宽度低于200nm，长度达到几十微米。薄膜由纳米纤维相互穿插交织而成，并且薄膜的表面分布着很多几十纳米到几百纳米的小孔。受益于这种多孔结构，制备的纳米纤维薄膜在光催化降解染料时展示出很高的光催化活性。（2）自支撑CNTs/TiO₂纳米纤维薄膜的构筑及其光催化性能研究：通过钛酸四正丁酯和CNTs在NaOH溶液中的一锅煮水热反应直接制备了自支撑的CNTs/TiO₂纳米纤维薄膜。钛酸四正丁酯与氢氧化钠反应生成高结晶度的纳米纤维，这些纳米纤维的直径低于200nm，长度达几十微米甚至更长。CNTs和纳米纤维结合，使其自组装成自支撑的纳米纤维薄膜。CNTs作为连接纳米纤维之间的“桥”，对薄膜的形成具有决定性影响。结合了CNTs的薄膜不仅增加了TiO₂的光吸收率，而且有利于光生电荷的分离。因此，与单独TiO₂相比，CNTs/TiO₂纳米纤维薄膜能够在较短的时间内促使亚甲基蓝完全光降解。（3）石墨烯氧化物辅助构筑TiO₂纳米纤维薄膜及其选择透过性和清洁功能研究：通过钛酸四正丁酯、石墨烯氧化物（GO）和氢氧化钠的水热反应直接组装制备了宏观纳米纤维薄膜。钛酸四正丁酯和氢氧化钠反应生成高结晶度的纳米纤维，其平均直径小于100nm，长度在几十到几百微米之间。GO和纳米纤维结合，使其自组装成自支撑的纳米纤维薄膜。薄膜的表层是由纳米纤维的无序交织缠绕构成，而薄膜的夹层是由纳米纤维的竖直紧密排列构成，这与传统过滤法得到的薄膜的混乱内部结构完全不同。受益于这种独特有序的内部结构，薄膜具有选择透过性：水分子可以透过薄膜，而染料分子和细菌难以透过（截留时间：甲基蓝120h，罗丹明24h，甲基橙120h，大肠杆菌24h）。另外，薄膜对截留的染料展示出很高的光催化活性，这主要得益于薄膜集合了光催化功能、多孔性和优异的光生电子空穴分离能力。因此，薄膜既具有分离功能，又具有清洁功能，在膜法水净化领域有着广泛的应用前景。（4）TiO₂纳米纤维在泡沫NiO-Ni上的大规模生长：在泡沫Ni上预涂布一层TiO₂颗粒，通过TiO₂颗粒和氢氧化钠的水热反应以及后续的酸洗、煅烧处理，成功实现了TiO₂纳米纤维在NiO-Ni泡沫上的大规模生长。光催化降解罗丹明B的实验表明产物在水净化领域具有很强的实用性，可以方便的回收并且能够重复使用；Au纳米颗粒的截留实验表明产物具有尺寸依赖的透过性，允许小尺寸的Au颗粒通过，而截留大尺寸的Au颗粒。以上结果说明TiO₂纳米纤维改良的NiO-Ni泡沫不仅具有清洁功能，而且具有分离功能，是一种具有应用前途的环境修复材料。（5）ZnO/ZnS/γ-Fe₂O₃开口空心球的微波法合成及性能研究：通过微波合成法快速大批量制备了ZnO/ZnS/γ-Fe₂O₃空心球，其反应时间仅为30分钟。空心球由无数个ZnO、ZnS和γ-Fe₂O₃纳米颗粒组装而成，其形成机理与奥斯特瓦尔德熟化过程一致。制备的空心球同时具有磁性和光致发光特性，其磁性来源于组分中的γ-Fe₂O₃，光致发光特性来源于产物中的ZnO和ZnS，并且每个空心球拥有一个尺寸在几十纳米或者几百纳米的表面开口。由于产物表面开口的尺寸远远大于牛血清白蛋白（BSA）分子，所以产物不仅可以利用外表面固定BSA分子，而且可以利用内部空腔吸附BSA分子。BSA释放实验表明，球体表面的BSA分子快速脱离吸附材料，而球体内部的BSA分子缓慢释放到溶液中，这个释放过程可以持续10天。因此，制备的ZnO/ZnS/γ-Fe₂O₃空心球是负载-释放生物大分子的理想材料。