DOI:10.1016/j.memsci.2020.118499
因為膜潤濕和結垢的嚴重局限性，采用膜蒸餾（MD）處理高鹽度廢水意義重大，而又極具挑戰性。在本文中，通過連續靜電紡絲和電噴霧并結合熱處理工藝，開發了具有不對稱超潤濕性的整體自粗糙Janus纖維膜（FM）。詳細討論了由靜電紡絲/電噴霧技術制備的纖維表面粗糙度的形成機理，并探討了Janus FM的不對稱潤濕性和整體性能對膜潤濕和結垢的協同抵抗作用。得益于超疏液表面在空氣中的高水接觸角（157°），超親水性表層的高水下油接觸角（156°）以及38種所得膜的整體性能，新開發的Janus FM對由3.5wt％NaCl、0.1g SDBS和1.0g潤滑油組成的模擬超鹽廢水進行脫鹽時，其水通量超過27 Lm-2 h-1，脫鹽效率高達約100％。所提出的Janus FM制備策略為制備整體、自粗糙、非對稱的超潤濕性Janus FM開辟了新的方向，以廣泛應用于其他選擇性分離領域。
圖1.通過連續靜電紡絲和電噴霧技術結合熱處理制備超親水/超疏液的整體自粗糙Janus FM的過程。
圖2.（a）由NH3·H2O和17-FAS接枝到腐蝕性PVDF聚合物鏈上引起的PVDF鏈交聯的形成機理示意圖。在每個階段制備的超疏液PVDF FM的FE-SEM圖像：（b）原始PVDF FM，（c）自粗糙PVDF FM以及氟化自粗糙PVDF FM（d）。
圖3.（a）荷葉和（b-g）在不同PVA/PAA濃度下制備的經熱處理的超親水表層的FE-SEM圖像：（b）14wt％、（c）12wt％、（d）10wt％和（e）8wt％。（f）油滴和水滴在水下和空氣中在超親水性PVA/PAA表層上的接觸角。（g）雙層結構的超親水/超疏液Janus FM的橫截面FE-SEM圖像。（h）測定經熱處理的PVA/PAA表層與超疏液PVDF FM之間的結合力。（i）在每個階段制備的Janus FM的孔徑分布，（j）應力-應變曲線以及（k）液體入口壓力和透氣性（每個樣品的液體入口壓力和透氣性測試了3次）。
圖4.（a）聚合物溶液中添加的NH3·H2O濃度對PVDF FM表面潤濕性的影響。（a）聚合物溶液中添加的17-FAS濃度和熱處理溫度對超疏液PVDF FM表面潤濕性的影響。（c）PVA/PAA濃度對空氣中和水下表層潤濕性的影響。（d）具有不同特性的各種液體分別滴在（d）超疏液和（e）疏水性PVDF FM表面上。（（1）水，（2）pH=3，（3）pH=11，（4）大豆油，（5）原油，（6）潤滑油，（7）10 mg L-1 SDBS，（8）10 mg L-1 MeB，（9）咖啡和（10）牛奶。在水下，將油滴分別滴在（f）超疏液和（g）Janus FM表面上。（h）具有不同特性的各種液體的接觸角分別在超疏液和疏水性PVDF FM表面呈下降趨勢（每個樣品的接觸角測試了五次）。
圖5.（a）與不同可潤濕的PVDF FM表面相比，Janus FM的耐濕性。對低表面能鹽度水進行3小時和36小時脫鹽后，（b）疏水性和（c）超疏液PVDF FM的照片。（d）疏水性PVDF FM的潤濕機理和超疏液PVDF FM的抗潤濕機理。
圖6.（a）原始PVDF、超疏液PVDF和Janus FM同時抗潤濕性和防污性的比較。經過潤濕和結垢實驗后的（b）疏水性PVDF FM、（c）超疏液PVDF FM和（d）Janus FM的照片。（e）Janus FM同時抗濕防污的機理。（f）在最佳超親水性PVA/PAA表層的動態油粘力測量過程中實時記錄的力-距離曲線。（g）在脫鹽之前和之后，表面活性劑穩定的鹽包油型水微乳液的光學顯微鏡圖像。
