DOI:10.1016/j.memsci.2020.118420
膜蒸餾（MD）是用于海水和鹽水脫鹽的一種有吸引力的膜工藝。MD應用的主要障礙之一是缺少具有高透水性和優異脫鹽性的高效MD膜。本文提出了一種通過靜電紡絲和煅燒制備疏水性/親水性雙組分膜的新型設計策略，以更高效地用于MD。與常規的雙層疏水/親水膜不同，本研究開發的雙組分膜由多層親水性聚酰亞胺（PI）納米纖維和疏水性聚四氟乙烯（PTFE）微團簇組成，它們在整個膜中相互交織。最佳疏水/親水雙組分膜＃PTFE/PI-2具有強大的三維（3D）超疏水性和自清潔性能。在60℃下，當進料溶液是NaCl濃度為3.5wt％的合成海水時，在400h連續DCMD操作中，其滲透通量高達42±3 L m-2 h-1，鹽截留率達99.9％以上。此外，當進料溶液是NaCl濃度為25wt％的鹽水時，該膜能夠實現40±2 L m-2 h-1的優異水通量和99.9％以上的脫鹽率。＃PTFE/PI-2的高蒸氣滲透性應歸因于PI納米纖維的高膜孔隙率、可忽略的傳質阻力及其超疏水表面上有效的水蒸發面積。同時，優異的抗濕性能可歸因于由多層PTFE微團簇構成的獨特3D超疏水性結構。
圖1.電紡（A）PAA和（B）PTFE/PVA溶液的示意圖，（C）同步多針頭靜電紡絲設備，所制備膜的結構：（D）煅燒前的初紡PTFE-PVA/PAA雙組分膜和（E）煅燒后的PTFE/PI雙組分膜。
圖2.由PTFE微團簇組成的串珠膜（A）＃PTFE、由PI納米纖維組成的納米纖維膜（B）＃PI以及設計的疏水/親水雙組分膜（C）＃PTFE/PI-1、（D）＃PTFE/PI-2、（E）＃PTFE/PI-3和（F）＃PTFE/PI-4在煅燒之前（1）和之后（2）的FESEM圖像。
圖3.（A）雙組分膜＃PTFE/PI-2的低倍率FESEM圖像，＃PTFE/PI-2表面上（B）碳、（C）氮和（C）氟化物的分布。
圖4.膜＃PTFE、＃PI和＃PTFE/PI-2的FTIR光譜。
圖5.（A）＃PTFE、＃PI和雙組分膜的水接觸角，（B）＃PI和（C）＃PTFE表面上水滴的示意圖，（D）＃PTFE/PI-2表面形態的高倍放大，（E）＃PTFE/PI-2中PI納米纖維和PTFE微團簇的直徑分布，（F）膜＃PTFE/PI-2上水滴的示意圖。
圖6.＃PTFE/PI-2的強大超疏水性和自清潔性能：（A）＃PTFE/PI-2表面上的不同球形液滴，（B）＃PTFE/PI-2被炭黑污染后的自清潔性能，（C）＃PTFE/PI-2在手指擦拭試驗后保持其超疏水性。
圖7.＃PTFE以及PTFE/PI雙組分膜＃PTFE/PI-1、＃PTFE/PI-2、＃PTFE/PI-3和＃PTFE/PI-4的DCMD性能。（進料溶液中含有3.5wt％NaCl，進料和滲透溶液的溫度分別設置為60℃和20℃，進料和滲透溶液的流速為0.5 L/min）
圖8.（A）進料和滲透溶液之間的工作溫度差異（進料溶液含3.5wt％NaCl，而滲透溶液為20℃下的去離子水）以及（B）進料溶液的NaCl濃度（將進料和滲透溶液的溫度分別設置為60℃和20℃）對DCMD工藝中＃PTFE/PI-2性能的影響。
圖9.＃PTFE/PI-2的長期DCMD性能：（A）進料溶液為3.5wt％、（B）25wt％NaCl水溶液。進料和滲透溶液的溫度分別設定為60和20℃。進料和滲透溶液的流速為0.5 L/min。
圖10.具有3D超疏水性的疏水性/親水性雙組分膜＃PTFE/PI-2的水蒸氣傳輸和水滲透示意圖。
