疏水性PVDF纳米纤维膜在直接接触膜蒸馏中的出色抗湿性能

　　香港大学汤初阳教授J. Membr. Sci.：疏水性PVDF纳米纤维膜在直接接触膜蒸馏中的出色抗湿性能
　　DOI:10.1016/j.memsci.2020.118226
　　进料溶液中低表面张力污染物引起的膜润湿一直是膜蒸馏（MD）的主要挑战，而疏水膜由于对具有多种表面张力的液体表现出强烈的排斥性，因此被认为是应对该挑战的有前途的解决方案。本研究报告了一种无纳米颗粒的策略来制备疏水性聚偏氟乙烯（PVDF）纳米纤维膜，以实现稳健的MD脱盐。采用溶剂热诱导粗糙化方法在电纺PVDF纳米纤维上构建了多尺度的分层纳米鳍结构，随后进行聚多巴胺锚定的表面氟化处理，以降低纳米纤维膜的表面能。研究结果表明，所制备的膜对表面张力范围为73至30 mN·m-1的不同液体表现出超强的排斥性（> 150°）。此外，在十二烷基硫酸钠表面活性剂（高达0.4 mM）或矿物油（高达480 mg·L-1）存在下，疏水性膜在直接接触膜蒸馏过程中保持了稳定的脱盐率和水通量，这也展示了其在实际水资源回收利用中的广阔应用前景。
　　图1.疏水性PVDF纳米纤维膜的制备过程。
　　图2.DCMD设备的示意图。
　　图3.SEM图像显示（a）原始PVDF膜、（b）STIR处理过的膜、（c）PDA活化的PDA/STIR-PVDF膜和（d）氟化PFTS/PDA/STIR-PVDF膜的俯视图。
　　图4.通过不同膜的（a）（b）XPS全扫描光谱（注意，原始PVDF膜的光谱已在先前报告中公开）和（c）FTIR-ATR光谱进行表面化学成分表征：I）原始PVDF膜、（II）STIR-PVDF膜、（III）PDA/STIR-PVDF膜和（IV）PFTS/PDA/STIR-PVDF膜。
　　图5.湿润性表征结果：（a）接触角测量，（b）不同液滴的照片，注意液体S1是含0.25 mM SDS的3.5wt％NaCl溶液，以及（c）原始PVDF膜和（d）PFTS/PDA/STIR-PVDF膜的水动态接触行为测量。
　　图6.（a）水和（b）低表面能液体在PFTS/PDA/STIR-PVDF膜上的可能悬浮行为。θ是固有接触角，φ是局部纹理角。
　　图7.原始PVDF膜和疏水性PFTS/PDA/STIR-PVDF膜在DCMD脱盐中的标准化通量和脱盐率，并逐渐添加污染物（a）SDS（原始和处理过的膜的初始通量分别为26和17 Kg·m-2·h-1）或（b）矿物水包油乳液（原始膜和处理过的膜的初始通量分别为25和20 Kg·m-2·h-1）。
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