有机-无机杂化膜结合了传统有机膜与无机膜的优良性能,其制备和应用研究是当前膜领域的研究前沿和热点。TiO₂具有较高的化学稳定性、耐光腐蚀性和光催化活性、很强的散射和吸收紫外光能力和杀菌能力,填充在有机膜中,可提高膜的热稳定性、机械强度和渗透性能,并且TiO₂本身的特性也会在杂化膜中得到体现,因此,近年来高分子-TiO₂杂化膜的研究受到广泛关注。目前,有机-无机杂化膜通常以物理或化学方法制备,随着近年来社会对环境保护的日益关注,寻求绿色合成方法逐渐成为一项具有挑战性的工作。本文制备了多种生物高分子-氧化钛杂化膜,发明了一种合成有机-无机杂化膜的纯生物方法,并探讨了这些杂化膜的初步应用。有鉴于此,本文首次利用纯生物方法制备了细菌纤维素-TiO₂纳米杂化膜,为有机-无机杂化膜的绿色合成提供了一个很好的思路;探讨了作为无机填充物的氧化钛的形貌和结构对高分子-TiO₂杂化膜分离性能的影响,并探索了这些杂化膜的初步应用。首先,以木醋杆菌为多功能微生物反应器,一步合成了细菌纤维素-TiO₂纳米杂化膜,并且对其形成机理和应用进行了初步研究,对制备材料进行了X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜和投射电子显微镜等表征。通过向培养基中加入钛前驱体二（2-羟基丙酸）二氢氧化二铵合钛,合成了细菌纤维素-TiO₂纳米杂化膜。研究表明:细菌纤维素膜是由直径为60-120nm的纳米纤维构成的三维网状结构,TiO₂的引入未改变细菌纤维素的微观结构,生成的30-50nm的TiO₂颗粒主要镶嵌在细菌纤维素的网络中,含量可达到4wt%。木醋杆菌在合成细菌纤维素的同时,矿化钛前驱体生成TiO₂纳米颗粒,细胞壁/膜在TiO₂合成过程中起到了重要作用。类似的,通过向培养基中加入硅酸钠和硅酸,生物合成了细菌纤维素-SiO₂纳米杂化膜,表明这种生物方法具有一定的通用性。其次,为了解决生物合成法中TiO₂纳米颗粒在杂化膜中含量较低的问题,利用原位合成法制备细菌纤维素-TiO₂纳米杂化膜。通过向培养基中加入水热法合成的TiO₂凝胶纳米颗粒,原位合成了细菌纤维素-TiO₂纳米杂化膜,TiO₂凝胶颗粒的加入对木醋杆菌的生长未产生影响。TiO₂的引入未改变细菌纤维素的微观结构,TiO₂主要包埋在细菌纤维素网络结构中,含量可达到7.1%。据推测,在细菌纤维素膜的合成过程中,悬浮在培养基中的氧化钛胶体颗粒被包裹其中,从而最终形成了杂化膜。第三,为研究具有特殊形貌和结构TiO₂对纳米杂化膜性能的影响,将水热法制备的钛酸盐纳米管与生物高分子壳聚糖（CS）共混,制备了CS-TNTs纳米杂化膜,并研究了其作为直接甲醇燃料电池质子交换膜的性能。由于TNTs的表面羟基与壳聚糖高分子链段上的羟基和氨基形成氢键相互作用,使TNTs很好分散在CS基质中,提高了杂化膜的机械性能和热稳定性;TNTs引入降低了杂化膜的自由体积分数,有效降低了杂化膜的甲醇渗透性能。其中,含15wt%的TNTs的CS-TNTs纳米杂化膜的机械强度为85.0Mpa,甲醇渗透率为为0.497×10^-6 cm²/s,质子传导率为0.0151S cm^-1,具有较好的应用前景。