DOI:10.1016/j.memsci.2020.118768
鹽垢和表面活性劑引起的潤濕是膜蒸餾的致命弱點，特別是對于高鹽度廢水的濃縮而言。在此，研究者通過將超疏水-超疏液表面和抗變形孔整合到一個系統中，合理地開發了一種具有強大抗濕性能的膜。首先采用靜電紡絲法制備出該膜，然后對膜的表面粗糙度進行改性，接著涂覆聚二甲基硅氧烷以焊接相交纖維和氟硅烷，從而降低膜的表面能。在將高鹽度NaCl溶液從20wt％濃縮至38wt％（飽和條件）、模擬反滲透濃縮水、石膏和低表面張力高鹽度廢水的實驗中，該產品顯示出優異的抗濕性能。此外，在實驗和計算機模擬的基礎上，系統地探討了膜的抗濕機理。結果表明，超疏水-超疏液表面可以化學穩定表面束縛空氣層，從而減少晶體和表面活性劑與膜表面的接觸。同時，抗變形孔也有助于克服非對稱水力擾動造成的膜孔徑的增大，從而在結構上穩定表面束縛空氣層。本研究為理解和實現高鹽度廢水處理中MD膜的潤濕阻垢提供了一個平臺。
圖1.示意圖說明（a）具有互連孔的纖維膜，以實現高質量傳遞，（b）具有抗變形孔的相轉化膜，以實現孔穩定性。（c）圖解說明了將纖維膜的互連孔與穩定孔微濾膜整合到一個系統中，并結合化學改性以提高抗濕性。（d）用于濃縮高鹽度廢水的具有優異抗濕性的RSHO膜的制備過程示意圖。
圖2.（a）參考膜，（b）Anti-dp膜，（c）SH-Omni膜和（d）RSHO膜的FE-SEM圖像。（e）透氣性和液體進入壓力，（f）相關膜的機械強度和（g）表面潤濕性。（h）顯示膜厚度的光學圖像。（i）RSHO膜表面上不同液滴的攝影圖像。
圖3.DCMD性能（a）在20wt％NaCl溶液的持久脫鹽應用中，相關膜的歸一化水通量和（b）膜在高鹽度廢水中的電導率。C膜、參照膜、Anti-dp膜、SH-Omni膜和RSHO膜的初始水通量分別為11.20、21.70、21.18、23.55和25.48 L m-2 h-1。（20wt％NaCl的初始體積為800mL，進料和餾出物的流速均保持在100 mL min-1（在MD模塊中為9.21 cm s-1），進料側的溫度和蒸餾側分別固定在55和20℃。）
圖4.C膜和RSHO膜在初始20％氯化鈉進料溶液中持續濃縮高鹽廢水的濃縮性能。（a）歸一化通量與進料溶液濃度的函數關系，（b）所收集蒸餾水的質量與時間的函數關系。（c）以上兩種膜的滲透電導率隨進料溶液濃度的變化。（d）將NaCl溶液從20wt％濃縮至38wt％后，RSHO膜的FE-SEM圖像和相應的元素映射圖像。C膜和RSHO膜的初始水通量分別為12.44和22.94 L m-2 h-1。（20wt％NaCl的初始體積為800mL，進料和餾出物的流速均保持在100 mL min-1（在MD模塊中為9.21 cm s-1），進料側的溫度和蒸餾側分別固定在55和20℃。）
圖5.將RSHO膜分別用于反滲透濃縮水、石膏和氯化鈣結垢和潤濕實驗中，其歸一化通量和餾出物電導率與水回收率的函數關系。濃縮三種類型鹽溶液的平均初始水通量為30.52、34.95和35.55 L m-2 h-1。反滲透濃縮水由32.61g/L NaCl、1.03g/L KCl、4.52g/L MgCl2、2.91g/L MgSO4和1.80g/L CaSO4組成。石膏由14mM/L CaCl2和14mM/L Na2SO4組成。進料CaCl2的濃度固定為1.5wt％。（模擬RO濃縮水，石膏水和氯化鈣水的初始體積分別為958、996.45和998.85mL，進料和餾出物的流速均保持在100 mL min-1（在MD模塊中為9.21 cm s-1），進料側和蒸餾側的溫度分別固定在55和20℃。）
圖6.在對含0.1mM SDBS的20wt％NaCl溶液進行持久脫鹽時，相關膜的高鹽度廢水脫鹽性能。C膜和RSHO膜的初始水通量分別為10.95和25.22 L m-2 h-1。（NaCl+SDBS溶液的初始體積為800mL，進料和餾出物的流速均保持在100 mL min-1（在MD模塊中為9.21 cm s-1），進料側和蒸餾側的溫度分別固定在55和20℃。）
圖7.使用ABAQUS軟件模擬不同孔結構的膜抵抗膜孔變形的能力，（a）參考膜，（b）RSHO膜。（c）示意圖說明了膜表面的潤濕性和孔結構對膜防垢性能的影響。
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