天津工業大學劉雍&范杰&厲宗潔J. Membr. Sci.：超疏水性P-ZnO@PVDF納米纖維膜的制備

DOI:10.1016/j.memsci.2020.118877

膜的抗濕和防垢能力是膜蒸餾的兩個關鍵特性。本研究制備了一種超疏水性雜化復合納米纖維膜，其主要是基于水熱法和化學氣相沉積（CVD），在PVDF納米纖維膜上構建疏水性ZnO納米線（P-ZnO@PVDF）。采用模擬草生長的方法，提高了ZnO納米線與PVDF納米纖維膜之間的粘附力。由于疏水性ZnO納米線引起的滑移和Cassie-Baxter態，P-ZnO@PVDF膜呈現出高孔隙率、窄孔徑分布、超疏水性、抗濕性和防垢性。此外，在60℃的進料溫度和20℃的餾出溫度下操作60h后，具有良好耐久性的膜表現出99.9％的脫鹽率和15.7 L m-2 h-1的穩定滲透通量。該雜化復合納米纖維膜有望成為膜蒸餾長期運行的候選材料。

圖1.P-ZnO@PVDF膜的制備示意圖。

圖2.（a）ZnO2h@PVDF，（b-d）不同反應時間制備的P-ZnO@PVDF的FE-SEM圖像：（b）1h，（c）2h，（d）3h；i）膜的反面和ii，iii）膜的正面。P-ZnO2h@PVDF中（e）C，（f）F，（g）Zn和（h）Si的EDX映射。（j）P-ZnO2h@PVDF的反面，（k）正面，（l-m）整個橫截面的FE-SEM圖像。

圖3.ZnO2h@PVDF膜在改性之前和之后的（a）FT-IR光譜，（b）XRD圖譜，（c，d）XPS光譜，（e，f）C1s峰，（g）不同元素的含量。

圖4.（a）孔徑分布，（b）不同膜正/反面的靜水角（帶有斜線的一列是膜的正面），（c）P-ZnO2h@PVDF膜的滑移角，（d）P-ZnO2h@PVDF膜的不同低表面能鹽水接觸角（低表面能溶液含3.5wt％NaCl）。

圖5.（a）ZnO2h@PVDF膜，（b）浸入不同pH溶液后的P-ZnO2h@PVDF膜的FE-SEM圖像（ax，bx：x為pH值）；i）膜的反面和ii）膜的正面。

圖6.（a）P-ZnO2h@PVDF和商用PVDF膜的MD性能比較（進料溶液：10wt％NaCl），（b）P-ZnO2h@PVDF和商用PVDF膜的滲透通量和脫鹽率（進料溶液：20mM CaSO4），（c）P-ZnO2h@PVDF膜在60h操作下的MD性能（進料溶液：3.5wt％NaCl，1.26g/L CaCl2、10mg/L BSA，30g/L MgSO4和10mg/L SDBS），（d和f，h和j）P-ZnO2h@PVDF和商用PVDF膜進料側的FE-SEM圖像，紅色圓圈為CaSO4晶體。（e和g，i和k）P-ZnO2h@PVDF和商用PVDF膜蒸餾側的FE-SEM圖像，（l，m）原始P-ZnO2h@PVDF和商用PVDF膜的FE-SEM圖像。

圖7.（a，c）ZnO2h@PVDF膜和（b，d）P-ZnO2h@PVDF膜的防濕和防垢機理示意圖。