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膜分离技术正在广泛应用于水的净化和处理中,然而传统的聚合物膜在使用过程中容易产生生物膜污染问题,会导致膜通量、膜使用寿命以及滤液质量下降。因此,设计与制备抗微生物膜成为膜分离技术领域研究热点之一。解决的策略主要有:（1）在聚合物膜表面修饰具有抗微生物作用的金属或半导体纳米颗粒;（2）将具有抗菌性能的纳米材料组装为抗菌和分离双功能滤膜。为此,本论文首先合成了具有抗菌活性和可见光活性的一维纳米结构Cu/TiO2-NB,然后将其组装制备得到Cu/TiO2-NB纳米多孔陶瓷膜,并研究其分离和抗菌性能。研究内容包括:（1）首先以水热法合成具有高长径比的一维钛酸纳米带（H2Ti3O7-NB）,然后采用沉积-沉淀法在H2Ti3O7纳米带上负载高分散的金属Cu纳米颗粒,得到Cu/TiO2纳米带（Cu/TiO2-NB）一维纳米结构;（2）将Cu/Ti02纳米带依次压片、煅烧,得到Cux/TiO2-NB纳米多孔陶瓷滤膜（x表示Cu 的质量百分比）;（3）通过 SEM、EDS、TEM、HR-TEM、XRD、XPS 以及UV-vis等表征手段,对陶瓷膜的组成、结构及形貌等进行表征;（4）测定滤膜的分离性能;（5）以革兰氏阴性大肠杆菌（E.coli）和革兰氏阳性金黄葡萄球菌（S.aureus）为典型菌种,研究了陶瓷膜的本征抗菌和光催化杀菌性能。具体研究结果如下:1、所制备的Cu/TiO2-NB 一维纳米结构,Cu纳米颗粒高分散负载于H2Ti3O7纳米带表面,Cu纳米颗粒尺寸小而且分布均匀,大约为3-5nm。将Cu/TiO2纳米带压片、800 °C煅烧而得到Cu5/TiO2-NB纳米多孔陶瓷膜。虽然经过了高温烧结,Cu纳米颗粒尺寸变大但仅增大为4-7 nm,说明Cu颗粒与TiO2纳米带之间存在极强的结合作用。此外,Cu纳米颗粒在Cu/TiO2-NB陶瓷膜烧结过程中起到粘结剂的作用,使得其与纯TiO2-NB陶瓷膜相比,在较低的温度,如800 °C下便可以联结二氧化钛纳米带烧结成膜,保持了一维纳米结构自组装形成的三维交叉连通孔结构,获得高孔隙率与较小的孔径。2、所制备的Cu/TiO2-NB陶瓷滤膜具有高渗透能力,能够很好的实现对细菌的截留。在过滤压力1.0 bar下,厚度为0.6 mm的Cu5/TiO2-NB滤膜的纯水膜通量为300±15 L/m2h,说明Cu5/TiO2-NB滤膜的三维交叉连通孔结构有益于水的通过。3、无光照下,Cu/TiO2-NB陶瓷膜对E.coli和S.aureus均具有很强的抗菌效能,并且效果的强弱与铜的负载量有关。例如,S.aureus 菌液与Cu5/TiO2-NB陶瓷膜接触15 min后,细胞存活率降低了 84.5±3%,45 min后100%细胞被灭活;E.coli菌液经过与Cu5/Ti02-NB陶瓷膜接触30 min后,细胞存活率降低了77.3±4%,60min接触后完全失活。荧光染色法研究进一步证实,CU5/TiO2-NB陶瓷膜表面具有极强的抗菌活性,S.aureus菌落在Cu/TiO2-NB陶瓷膜表面培养15 min后全部失活,E.coli菌落30 min后全部失活。可见光照射可以显著提高Cu/TiO2-NB陶瓷膜对上述两种典型菌种的抗菌活性。4、高温烧结所赋予的Cu纳米颗粒和TiO2纳米带的强结合作用,使得H2还原后的Cu/TiO2-NB陶瓷膜中的金属Cu纳米颗粒具有高抗氧化稳定性。从而使得在Cu/TiO2-NB膜表面可以通过金属铜颗粒直接接触杀菌快速灭杀细菌。即吸附在膜表面的细菌摄取铜颗粒上的铜原子导致其细胞损坏,同时诱导铜离子的释放和活性氧物种（ROS）的生成,进一步破坏细菌细胞。可见光条件下,因等离子共振（LSPR）吸收,导致金属Cu纳米颗粒中生成高能热电子和空穴。这些热电子-空穴会与水分子和氧气分子反应生成ROS（·OH和O2-）,进一步增强对细菌的灭活效果。