本研究以甲基丙烯酸为反应试剂,应用溶液热诱导接枝和相转移技术,开展了聚偏氟乙烯（PVDF）膜的改性研究,采用正交试验确定了共混铸液的组成,制备了一种具有质子传导性能和离子交换性能的甲基丙烯酸改性聚偏氟乙烯膜。应用TG-DSC、FTIR、XRD、SEM等表征了改性PVDF膜的热稳定性、官能基团、组织结构与形态。研究了改性PVDF膜对水溶液中Cu²⁺和Ni²⁺的吸附性能,探讨了溶液pH值、温度、反应时间、金属离子初始浓度等对其吸附性能的影响,分析了其吸附过程的动力学和热力学特性,并评价了其再生性能。测试了改性PVDF膜吸水率、离子交换容量、质子传导率、耐氧化性以及葡萄糖渗透系数,分析了K⁺、Na⁺、NH₄⁺、Ca²⁺和Mg²⁺吸附对改性膜质子传导率、葡萄糖渗透系数和耐氧化性的影响。初步开展了改性PVDF膜用于微生物燃料电池的研究,分析了其产电性能和污水处理效率。TG-DSC测试结果表明改性PVDF膜具有良好的热稳定性能,FTIR结果表明羧酸官能基团被成功接枝到改性PVDF膜中,XRD研究表明甲基丙烯酸的引入没有改变改性PVDF膜的晶体结构。吸附实验研究表明改性PVDF膜对Cu²⁺和Ni²⁺的吸附性能优良,其吸附动力学过程符合准二级动力学反应方程,等温吸附过程较好地符合Langmuir等温吸附模型。吸附过程的热力学参数ΔG0<0、ΔH⁰<0、ΔS0>0,表明该吸附反应为自发的放热反应。吸附/脱附实验表明改性PVDF膜再生利用性能优良。改性PVDF膜葡萄糖渗透系数和质子传导率分别为2.607×10^-7 cm²/s和1.43×10^-2 S/cm,选择性系数为5.49×105 S·s/cm3,其促进质子传导和阻滞有机物扩散的性能优良。K⁺、Na⁺吸附对改性PVDF膜质子传导率、葡萄糖渗透系数无显著影响,而NH₄⁺、Ca²⁺和Mg²⁺吸附则使其质子传导率、葡萄糖渗透系数皆有不同程度的下降,且K⁺、Na⁺、NH₄⁺、Ca²⁺和Mg²⁺吸附使改性PVDF膜的耐氧化性变差。以改性PVDF膜构建的微生物燃料电池最大输出电压和最大功率密度分别为166 mV和72.90 mW/m²,其阳极室COD去除率为75%。改性PVDF膜微生物燃料电池的产电性能和污水处理效率皆优于GEFC?商品膜,其在微生物燃料电池中有潜在的应用前景。