新冠疫情的全球性流行引发了人们对水体消毒灭菌技术的普遍关注。电消毒技术由于其卓越性能而被广泛认为是“下一代水消毒技术”。在电消毒技术发展过程中,关键的两个问题是电极材料的选择以及反应器构型的设计。亚氧化钛材料独特的晶体结构保证其具有良好的导电性、稳定性与电化学活性,因此本研究采用亚氧化钛作为阳极,并将其设计成活性电化学膜,采用大肠杆菌作为模型微生物,研究亚氧化钛膜电极对细菌灭活的效能与机制,以期为实际应用提供支撑与指导。对亚氧化钛膜材料进行了表征与性能测试。所制备的材料以大孔和介孔为主,主要组成元素为Ti和O,晶相以Ti4O7为主。电化学阻抗谱和塔菲尔曲线测试证明亚氧化钛具有良好的导电性,其电荷转移内阻和扩散内阻均比较低;循环伏安曲线则表明亚氧化钛在电解过程中仍能保持稳定的性质;同时其电化学活性面积是几何面积的近300倍。穿流式结构的设计通过强化传质提高了病原体向电极表面扩散的水平对流过程,其传质速率常数为3.95×10-5ms-1。探究了不同影响因素对于膜电极电化学灭菌的影响。实验采用阳极到阴极的循环方式,电流密度为10mAcm-2,膜通量为0.04mLcm-2 s-1,初始细菌浓度为10~7CFU mL-1时,反应45min即可实现病原体的完全灭活（>7.1log）。另外,亚氧化钛膜电极具有良好的抗冲击负荷能力,提高电流密度可以强化电氧化过程,膜通量的提高则可以强化病原体向电极表面的传质过程,当存在一定浓度的氯离子时,膜电极可以通过产生活性氯的方式提高细菌灭活效果。带负电的病原体在电吸附和膜截留作用下到达亚氧化钛阳极表面,随后在电化学氧化的作用下被灭活,其中直接氧化起主要作用。在电化学氧化作用下,细胞壁和细胞膜首先被攻击,出现褶皱和孔洞,胞内蛋白、核酸和K+渗漏,细胞膜结构和功能完整性被破坏,菌体蛋白和渗漏DNA在电氧化过程中持续矿化分解。此外,在间接氧化产生的ROS的攻击下,细胞会发生脂质过氧化作用,产生的脂质过氧化产物丙二醛会造成线粒体内关键酶的损伤。以上研究表明,亚氧化钛膜电极电化学与传质性能优越,可以实现对病原体的快速高效灭活。对于亚氧化钛膜电极电化学灭菌性能与机制的研究为实现起实际应用提供了理论依据,具有一定指导意义。