Teknologi membran menjadi alternatif untuk pengurangan warna (dekolorisasi) nira tebu dengan harga yang terjangkau dan mudah dilakukan. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui karakteristik dan kinerja membran nilon dan nilon/TiO2 pada nira tebu. Pembuatan membran nilon menggunakan variasi TiO2 0%, 1%, 3% dan 5%. Karakteristik membran diuji dengan FTIR, Kuat Tarik dan SEM. Kinerja membran diuji fluks dan rejeksinya terhadap dekolorisasi nira tebu. Hasil FTIR membran nilon/TiO2-1%, 3%, dan 5% dengan vibrasi ulur C-H2 pada puncak sedang pada 2938 cm-1 ; 2939 cm-1 ; 2939 cm-1 dan vibrasi ulur dari Ti-O muncul pada 686 cm-1 ; 682 cm-1 ; 680 cm-1. Modulus young pada membran variasi TiO2 3% sebesar 36,38 MPa. Analisis SEM-EDX membran nilon/TiO2-3% sebesar 1,36 μm dengan unsur Ti 1,06% dan membran nilon/TiO2-5% ukuran pori 1,70 μm dengan unsur Ti 1,78%. Aplikasi membran untuk dekolorisasi menghasilkan uji fluks pada membran nilon/TiO2-3% sebesar 11,15 L/m2.jam dengan nilai brix 5o dan menghasilkan nilai rejeksi sebesar 75%. Hasil dekolorisasi membran nilon/TiO2-0%, 1%, 3%, dan 5% yakni 15,21% ; 24,58% ; 43% ; dan 3,1%. Hasil warna nira tebu awal 9.204,65 IU dan hasil dekolorisasi nira tebu menggunakan membran Nilon/TiO2-0%, 1%, 3%, 5% sebesar 7.804,92 IU ; 6.941,80 IU ; 5.246,58 IU ; 8.919,10 IU.