膜分离具有高效、环保、节能、操作简便、易于控制等优点,在水处理领域具有极其广阔的应用前景。然而,传统膜分离的主要机理是机械筛分,即截留尺寸大于或近似于膜孔径的污染物,而无法去除尺寸小于膜孔径的污染物。同时,膜渗透性与膜选择性之间的矛盾关系以及膜污染等问题也严重制约着膜分离的推广应用。针对这些问题,本论文设计和制备了基于碳纳米管的分离膜(CNTM),利用其优异的导电性实现了电化学与膜分离的耦合,通过电化学辅助作用改善了分离膜的选择性和抗污染性,并揭示了电化学辅助膜分离的机理。主要研究结果如下：1)采用压片烧结-真空抽滤两步法制备了平板式类石墨烯碳-碳纳米管(Gr-CNT)/陶瓷分离膜,然后通过施加电偏压实现膜分离与电化学耦合,并研究了耦合工艺对水体中不同电性和尺度污染物的分离性能。实验结果表明,耦合工艺在+1.5 V Vs.Ag/AgCl偏压下,处理尺寸与膜孔径相当的二氧化硅微球时的截留去除率和膜通量分别达到单独膜分离的1.13和1.50倍；尺寸小于膜孔径且带负电荷的聚苯乙烯微球(PS NPs)在耦合工艺中的扩散-吸附速率达到单独膜分离的7.45倍,PS NPs的去除量较单独膜分离提高了4个数量级；单独膜分离无法去除的苯酚可被耦合工艺完全去除。同时,耦合工艺处理浓度为10mg.L-1的天然有机质(NOM)进水时,总有机碳(TOC)去除率和膜通量分别达到单独膜分离的3.03倍和1.56倍。上述结果说明耦合工艺表现出良好的膜分离与电化学耦合协同效应。经过对耦合工艺的分离机理分析发现,静电排斥、电增强吸附、电化学氧化以及电润湿／电毛细作用等是提高该分离膜的截留选择性和膜通量的主要影响因素。2)利用湿法纺丝-真空抽滤两步法制备了Gr-CNT/陶瓷中空纤维膜,并通过改变施加在分离膜上的电偏压极性,研究了电极化方式对电化学辅助膜分离耦合工艺的分离性能的影响。结果表明,在+1.0V vs.Ag/AgCl偏压下,耦合工艺处理单独含有大肠杆菌(E.coli)或NOM进水1 h后,膜通量分别达到单独膜分离的2.86和1.09倍；耦合工艺在-1.0V vs.Ag/AgCl偏压下处理单独含有E.coli或NOM的进水1 h后,膜通量提高到单独膜分离的6.67和1.44倍；倒极偏压为±1.0 V Vs.Ag/AgCl,倒极时间间隔为60 s条件下,耦合工艺处理单独含有E.coli或NOM进水的膜通量分别达到单独膜分离过程的8.10和1.53倍(运行1 h后)。上述结果说明施加电偏压既可以提高分离膜的抗生物和有机污染性,又能够提高出水水质。并且通过比较发现,施加倒极偏压可以有效耦合正偏压时电致细菌灭活、电化学氧化和负偏压时的静电排斥作用等。3)设计组装了出水量为10～15 t.d-1的电化学辅助碳纳米管-陶瓷管式分离膜水处理中试设备,并以大连市某水库储水为进水,考察了该中试设备处理地表水的性能。结果表明,与单独膜分离相比,电化学辅助膜分离的日产水量提高了18%,TOC和浊度去除率分别提高了14%和8.2%,总能耗节约15%。4)采用湿法纺丝-热分解-氟化修饰三步法制备了自支撑碳纳米管中空纤维膜,并研究了其膜蒸馏脱盐效果和电化学辅助条件下的抗膜污染性能。结果表明,该膜的水接触角达到168°,呈现超疏水性,其抗润湿性是传统聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯膜(PP)的1.32～1.61倍。在膜蒸馏脱盐过程中,该膜的产水速率为PVDF和PP膜的1.38～1.73倍,而出水电导率仅为两种聚合物膜的1/18～1/2。施加0.5 V槽压(分离膜为阴极)时,分离膜在36 h运行过程中未出现通量损失,产水量始终维持在30 L·m-2·h-1,是开路条件下的1.18倍。综上所述,电化学辅助作用能够有效地提高CNTM的分离效率,缓解膜通量和膜选择性之间的矛盾关系,增强CNTM的抗膜污染能力。本研究为CNTM在水处理领域的应用提供了新思路,为电化学辅助膜分离过程提供了一定的理论基础。