DOI:10.1016/j.memsci.2020.117962
膜蒸餾（MD）因其具有利用低品位能量和實現高溶質截留率的可行性，在海水及微咸水淡化、廢水處理、果汁濃縮和藥物溶液濃縮等方面受到越來越多的關注。然而，由于無機晶體的膜結垢和進料溶液中有機物對膜的污染，尤其是在處理具有挑戰性的廢水時，膜潤濕仍然阻礙著MD技術的成功實施。在此，本研究提出一種新的策略，藉由靜電紡絲和電噴霧來開發堅固且超疏水的膜，以增強膜因結垢和污染而產生的抗濕性。堅固的超疏水膜PDMS-3由電噴霧PVDF/PDMS/硅粉混合溶液制備的超疏水表面層和電紡納米纖維PVDF載體組成。新研制的PDMS-3膜不僅具有優異的超疏水性，與水的接觸角為170°±1°，而且具有獨特的抗磨損性能，經過40次磨損循環后仍具有光滑的超疏水性能。此外，DCMD測試表明，與納米纖維膜和商用PVDF膜相比，這種剛性的超疏水表面使PDMS-3具有最佳的防垢和抗污染性能。當進料溶液和滲透溶液分別為333 K時的3.5 wt% NaCl溶液和293 K時的蒸餾水，在連續160 h的DCMD操作中，均能獲得28 kg m-2 h-1的MD通量和99.99%以上的穩定脫鹽率。這些結果強調了超疏水耐磨膜的開發對通過MD處理含有多種無機和有機物的廢水的重要性。
圖1.超疏水膜的制備工藝。
圖2.展示實驗室制作的LEPw測試設置的示意圖。
圖3.通過紙張磨損試驗量化超疏水表面的機械阻力：（A）紙張磨損試驗的示意圖；（B）紙張磨損過程的圖像。
圖4.MD膜的SEM圖像：（A）電紡納米纖維PVDF膜；（B）質量比為2/3的PVDF/PDMS電紡超疏水膜（PDMS-0），（C）質量比為2/3/1的PVDF/PDMS/二氧化硅電紡膜（PDMS-1）；（D）質量比為2/3/2的PVDF/PDMS/二氧化硅電紡膜（PDMS-2）以及（E）質量比為2/3/3的PVDF/PDMS/二氧化硅電紡膜（PDMS-3）；（F）商用PVDF膜。插圖顯示了不同膜表面上的水滴。
圖5.用不同的PDMS/二氧化硅混合物進行電噴霧之前和之后的膜的FTIR光譜。
圖6.在不同膜表面彈跳的水滴的延時圖像：（A）PDMS-0、（B）PDMS-1、（C）PDMS-2和（D）PDMS-3。
圖7.磨損循環后，不同膜表面的水接觸角。
圖8.經過40個磨損循環后，水滴在不同膜表面彈跳的延時圖像：（A）PDMS-0、（B）PDMS-1、（C）PDMS-2和（D）PDMS-3。
圖9.磨損對不同表面的影響。（A）具有較少納米級突起的微米級粗糙表面：由于磨損而失去突起后，卡西狀態不穩定。（B）具有更多納米級突起的微尺度粗糙圖案：磨損后，卡西狀態保持穩定。
圖10.電紡納米纖維PVDF膜、開發的超疏水膜PDMS-3和商用PVDF膜（進料為3.5 wt％ NaCl，Tf=333 K，Tp=293 K，兩側流速均為0.5 L min-1）的DCMD性能。
圖11.在DCMD過程中，使用不同進料溶液的納米纖維PVDF、超疏水PDMS-3和商用PVDF膜的防垢/抗污染性能：（A）35 g/L NaCl、3 g/L CaCl2、3 g/L NaSO4，（B）35 g/L NaCl、10 mg/L HA，（C）35 g/L NaCl、10 mg/L TDAB，（D）35 g/L NaCl、10 mg/L SDS（Tf=333 K，Tp=293 K，兩側流速均為0.5 L min-1）。
圖12.分別用含CaSO4（A1-A3）、HA（B1-B3）、TDAB（C1-C3）和SDS（D1-D3）的進料溶液對（1）納米纖維聚偏氟乙烯（PVDF）、超疏水聚偏氟乙烯（PDMS-3）和（3）商用聚偏氟乙烯（PVDF）膜表面進行DCMD測試后的掃描電鏡圖像。
圖13.經過不同的MD測試后，納米纖維PVDF、PDMS-3和商用PVDF膜的水接觸角。
圖14.當進料溶液為3.5 wt％ NaCl溶液（Tf=333 K，Tp=293 K，兩側流速為0.5 L min-1）時，PDMS-3的長期DCMD性能。
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