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超滤膜技术作为节能、温和、高效率的分离技术,广泛应用于家庭应用水、污水处理等领域。聚丙烯腈（PAN）因其良好的耐溶剂性、成膜性以及亲水性,被广泛应用于超滤膜的制备。膜结构是影响膜性能的最主要因素,所以国内外研究学者通过改善PAN膜结构进而提升膜的性能。针对非溶剂相转化法制备PAN超滤膜时膜结构难以控制、重复性差等问题,本论文从研究成膜体系热力学和相分离动力学的协同效应出发,探讨成膜过程分相机理,为精确控制PAN相转化膜形态及其性能提供基础。再通过纳米二氧化钛（TiO2）共混改性,改善PAN超滤膜的渗透性、亲水性和抗污染性。首先,采用浊点滴定法和透光法分别研究了非溶剂/溶剂/聚丙烯腈（nonsolvent/solvent/PAN）三元体系的热力学和相分离动力学。结合浊点相图及透光曲线分析了溶剂（二甲基甲酰胺（DMF）,二甲基乙酰胺（DMAc）,N-甲基吡咯烷酮（NMP）,二甲基亚砜（DMSO）,γ-丁内酯（GBL））、非溶剂（水（water）,正丙醇（n-propanol））对PAN超滤膜结构和性能（水通量、孔隙率和截留分子量）的影响。结果表明,water/（DMF,DMAc,NMP）/PAN体系发生瞬时分相且具有较小均相区,导致其所制备的膜形态为多孔皮层和大孔亚层结构。由于water/GBL/PAN体系具有大的均相区和长时间延迟分相（52s）,导致其膜形态为多孔皮层和的海绵状亚层结构。尽管水和DMSO之间具有更高的相互亲和性,但由于其发生延迟分相（21s）,由DMSO制备的膜具有致密皮层和小指状亚层结构。不同溶剂体系所制备的PAN膜性能具有很大的差异,主要由体系相分离动力学决定,随着相分离时间的增加,膜纯水通量和截留分子量变小。非溶剂对最终膜结构有很大的影响,对比water/NMP/PAN和n-propanol/NMP/PAN成膜体系,前者由于瞬时液-液分相得到具有大孔结构的超滤膜;而以弱非溶剂丙醇为凝胶浴时,体系均相区变大,通过光透实验发现丙醇有效减慢分相速度,从而抑制大孔结构的成长与发展,向海绵状结构转变。其次,研究了添加剂（聚乙二醇400（PEG400）,聚乙烯吡咯烷酮（PVP-K30）,氯化锂（LiCl））对PAN成膜体系热力学和动力学性质的影响,结合所得膜结构和性能进行分析。结果表明:添加剂PEG400使体系热力学稳定性减弱且加快相分离速率,促进大孔的生成,形成多孔皮层和指状亚层结构,随着体系PEG400含量的增加,PAN膜水通量增大,截留率降低。添加剂PVP-K30使体系热力学稳定性减弱和趋向发生延迟分相,当添加量较小时,热力学作用占主导地位,促进大孔的生成,添加量进一步增大时,动力学阻碍占主导地位,抑制大孔的生成,生成致密皮层和指状亚层结构,随着体系PVP-K30含量的增加,PAN膜水通量先增大后减小,截留率先降低后升高。添加剂LiCl使成膜体系热力学稳定性增强和加快相分离速率,且热力学增强占主导地位,抑制大孔的形成,随着体系LiCl含量的增加,PAN膜水通量减小,截留率升高。最后,采用纳米TiO2共混改性PAN超滤膜,结果表明:亲水纳米TiO2的加入能加速相分离过程中非溶剂与溶剂之间的扩散,促进大孔的形成,提高膜水通量、亲水性、表面粗糙度和孔隙率。但纳米TiO2添加量过高时,会发生团聚现象,反而起到相反的作用。相比于纯PAN膜,PAN-TiO2共混膜的抗污染性能显著提高,膜阻力分析揭示了TiO2亲水改性PAN膜在传质方面具有更好的通量恢复率,在减小渗透阻力方面具有强大的潜能,提高膜的使用期限。