具有松針狀分層納米結構的疏水性納米纖維膜用于增強膜蒸餾性能

DOI: 10.1021/acsami.9b17494

潤濕和結垢現象是處理高鹽度工業廢水中膜蒸餾（MD）的主要問題。本工作利用水熱技術在聚偏氟乙烯-共六氟丙烯（PVDF-HFP）納米纖維上生長二氧化鈦（TiO₂）納米棒，從而開發了一種疏水膜。TiO₂納米棒在PVDF-HFP纖維上形成均勻的松針狀分層納米結構。進一步的氟化處理使膜具有低表面能的疏水表面，與水和礦物油的接觸角分別為168°和153°。直接接觸MD實驗表明，所制備的膜對鹽的截留率高達99.9％以上且穩定，而原始的PVDF-HFP納米纖維膜在表面活性劑和礦物油存在下的脫鹽過程中，由于強烈的孔隙潤濕和油污而導致截留率下降。優良的抗濕和防污性能歸因于在疏水分層再入結構中積聚大量空氣而形成的非濕潤Cassie-Baxter狀態。具有松針狀分層納米結構疏水膜的開發提供了一種減輕MD工藝中膜潤濕和結垢的方法，以用于從工業廢水中回收水。

圖1.TiO₂納米棒FOTS改性PVDF-HFP納米纖維制備工藝示意圖。

圖2.直接接觸式膜蒸餾裝置示意圖。

圖3.（a，b）原始PVDF-HFP納米纖維，（c，d）涂覆在PVDF-HFP納米纖維上的PDA，（e，f）固定在PVDFFP納米纖維上的TiO₂種子，（g，h）PVDF-HFP/TiO₂-NRs納米纖維，以及（i，j）PVDF-HFP/TiO₂-NRs-FOTS納米纖維不同放大倍數的掃描電鏡圖像。

圖4.（a）原始PVDF-HFP納米纖維、（b）PVDF-HFP/TiO₂-NRs納米纖維和（c）PVDF-HFP/TiO₂-NRs-FOTS納米纖維的FTIR光譜。

圖5.（a）原始PVDF-HFP納米纖維和PVDF-HFP/TiO₂-NRs-FOTS納米纖維的全掃描，（b）PVDF-HFP/TiO₂-NRs-FOTS納米纖維的Ti 2p和（c）O 1s的XPS光譜。

圖6.原始PVDF-HFP納米纖維與PVDF-HFP/TiO₂納米纖維的（a）接觸角和（b）表面潤濕行為的比較。

圖7.在不同（a）SDS濃度和（b）油濃度條件下，采用35 g/L 氯化鈉生理鹽水對PVDF-HFP/TiO₂納米纖維膜和原始PVDF-HFP納米纖維膜的水通量和鹽分截留率進行了研究。在所有MD實驗中，滲透溫度和進料溫度分別保持在20℃和60℃。