一维TiO₂纳米管由于具有较大的比表面积、优异的物理化学性质、良好的离子/电子传输路径以及较强吸附能力,因此在污水处理以及超级电容器应用方面具有非常大的潜力。本文采用水热法合成出超长的TiO₂纳米管,并对其相应的实验影响因素进行了分析研究。而且,针对这种结构的纳米管,以水中难降解的抗生素为目标污染物,更为深入的研究了其相应的吸附机制。这将有利于更好地了解纳米管表面化学键、多孔结构以及其在污水处理中发挥的作用;此外,由于这种超长的纳米管极易聚集形成网络结构,从而为电子/离子提供理想的传输通道以及反应场所,因此超长结构的TiO₂纳米管在超级电容器领域具有很大的潜力。然而,TiO₂禁带较宽,导电性较差,因此对合成出超长的TiO₂纳米管进行改性复合,利用高温碳化的手段,在纳米管表面附着碳层,制备出电化学性能优异的TiO₂@C复合电极材料。本论文主要以锐钛矿和金红石两相混合物TiO₂纳米颗粒为原料,采用水热法通过调节转速合成出超长TiO₂纳米管,并利用高温碳化的手段实现了TiO₂@C复合材料的制备。具体研究内容如下:（1）以锐钛矿和金红石两相混合TiO₂纳米颗粒为原料,采用水热法制备TiO₂纳米管,探究反应过程中转速、酸的种类以及干燥温度对合成纳米管形貌结构的影响。结果表明:在水热结束后,酸洗的过程中,酸的种类（HCl、HNO₃）对纳米管的结构影响不大,其主要作用是提供H⁺以置换样品中的Na⁺离子;而最终的干燥温度,将会对纳米管的形貌结构产生影响,并且发现在较低的干燥温度下有利于纳米管结构的保持;同时,在水热反应过程中调节转速,发现当转速为1000 rpm时,能够得到长度较长,孔径均匀的TiO₂纳米管。（2）将1000 rpm转速下制备出的超长TiO₂纳米管作为吸附剂,以水中难降解的四环素（TC）、氧氟沙星（OFO）、诺氟沙星（NFO）为目标污染物,探究其吸附能力以及吸附机理。实验结果表明:该吸附剂具有中空的管状结构,以及较大的比表面积(达到442.21 m²g^-1);对三种抗生素污染物均有较明显的吸附效果,通过Langmuir等温线方程模拟计算出,其吸附量在PH=7的环境下依次达到151.5152 mg/g（TC）,111.7318 mg/g（NFO）,148.1481 mg/g（OFO）;进一步采用傅里叶红外光谱（FTIR）、X-射线光电子能谱（XPS）研究了TiO₂纳米管吸附四环素的吸附机制,结果表明TiO₂纳米管表面含有大量羟基官能团,在吸附后表面羟基大幅降低说明参与了吸附反应促进了纳米管对抗生素的吸附,再次表明这种超长结构的纳米管能够有效的去除抗生素污染物。（3）以1000 rpm转速下制备的超长TiO₂纳米管为基材,以无水乙醇为碳源,在N₂气保护下400℃煅烧,保温时间10 h,制备出碳层包覆均匀的多孔TiO₂@C纳米管束复合材料。并对其电化学性能进行测试分析。电学性能结果表明:包覆碳层的多孔TiO₂纳米管束,比电容达到了274.2 F g^-1,当电流密度增加到10倍时,仍能保持初始电容量的81%;并且经过5000次循环后其电容量为102%,表现出了优异的电化学性能。