染料污染废水已成为了全球性严重的水资源问题,寻找能有效处理废水中染料的方法已经成为一个重要的研究方向。吸附法由于成本低、效率高、操作简单等优点,通常是处理染料废水的首选方法。其中,水凝胶由于具有无毒性、高溶胀比、易于生产等优点,常被用来做吸附剂。为了提高吸附剂的比表面积,通常将其制作成薄膜。但目前的薄膜类吸附剂也存在不足,突出表现在两方面:1)吸附达到饱和后,薄膜无法继续使用,造成二次污染,2)薄膜的力学性能差,应用中易破损。本文通过向聚乙烯醇（PVA）中加入二甲基亚砜（DMSO）、纳米二氧化钛（TiO₂）、碳酸钠（Na₂CO₃）等物质,使用循环冷冻解冻法制备出兼具高力学性能和光催化能力的PVA-TiO₂复合水凝胶薄膜,染料吸附后可被自然光照分解,薄膜可持续用于染料污水处理。首先,对该水凝胶进行了结构与成分的表征,并讨论了其高结晶度、光催化的机理。其次,研究薄膜对刚果红和亚甲基蓝染料的吸附特性,分析了初始染料浓度和吸附时间对吸附性能的影响。进而,研究在自然光日照条件下水凝胶薄膜对亚甲基蓝的处理能力,分析了TiO₂含量、DMSO比例和光照时间对其处理效率的影响。最后,对该复合水凝胶进行了力学拉伸实验,讨论了TiO₂含量、DMSO比例和冷冻解冻循环次数对薄膜拉伸强度、拉伸模量的影响。结果表明,在溶剂中加入DMSO后可有效的提升PVA水凝胶的结晶度和透明度。吸附实验测得PVA-TiO₂复合水凝胶薄膜对刚果红和亚甲基蓝染料的最大吸附量分别为791.14 mg/g和303.83 mg/g,且对两种染料的吸附过程均符合Langmuir吸附等温线模型和准二级动力学模型。对亚甲基蓝染料在1 h光处理后的降解量为684.7 mg/g,在染料光照降解后,薄膜可循环利用。拉伸实验结果表明TiO₂含量、DMSO比例和冷冻解冻循环次数对复合水凝胶的力学性能有显著影响,通过优化原料配比和制备工艺,制备复合薄膜的拉伸强度可达14.3 MPa,是PVA水凝胶强度的12倍。本文中制备的PVA-TiO₂复合水凝胶薄膜兼具高力学性能和自然光照条件下对染料污水的可持续处理能力,具有工业应用前景。