DOI:10.1038/s41467-020-15038-w
聚合物交聯以較低的分子輸運速率為代價賦予薄膜出色的化學穩定性。在這項工作中，研究者使用分子動力學模擬來優化交聯化合物的選擇，以克服權衡兩者的關系。通過一系列實驗驗證了這些模擬結果，并利用這一發現來支持滲透蒸發（PV）脫鹽薄膜復合膜的開發，該膜的水通量達到234.9±8.1 kg m-2 h-1，除鹽率為99.7±0.2%，在滲透蒸發和膜蒸餾方面優于現有的膜。實現這種最先進的脫鹽性能的關鍵是在靜電紡納米纖維墊上噴涂0.73μm厚的交聯致密親水聚合物。本研究利用聚合物納米復合材料的脫鹽性能，從苦咸水、海水和鹽水溶液中生產淡水，解決了淡水短缺的關鍵環境問題。
圖1.交聯劑和復合PV膜的結構。a）交聯劑的分子結構及交聯PVA薄膜的反應方案。b）使用多孔基底（包括CPVC超濾膜、氧化鋁圓盤和PAN納米纖維墊）從NaCl進料溶液通過PVA基TFC膜的水傳輸圖。
圖2.交聯的PVA薄膜的表征。a）PVA/交聯劑共混單元中COOH/COOH基團在373.15 K時的徑向分布函數（RDFs）。b）在80℃的滴水試驗中，自支撐交聯的PVA厚膜4天的重量損失。c）使用AFM觀察到的交聯PVA薄膜的皺紋圖案。d）相對于水溶脹的交聯PVA薄膜施加的應變（ε，％）繪制的裂紋密度（2hf d-1Es-1）。e）PVA/PAN納米纖維復合膜的起始斷裂壓力。（帶雙標的線為誤差線，平均值為±標準偏差，n=3）。
圖3.光伏膜的制備工藝和脫鹽性能。復合膜的制備方法和截面形貌：a，d）PVA/CPVC；b，e）PVA/氧化鋁；c，f）PVA/PAN納米纖維氈。g）PV膜脫鹽性能與報告數據的比較（補充表9）。本研究所用多孔基底的N2通量（L m-2 h-1）與壓降（MPa）之間的關系。
圖4.鹽水和污染鹽溶液的脫鹽特性。a）PVA/PAN納米纖維復合膜（本研究中）的水通量與報告的膜蒸餾（MD）數據的比較（補充圖42b）。b）用0.5wt%吐溫20或十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）或海藻酸鈉作為有機絮凝劑處理3.5wt%氯化鈉溶液和3.5wt%氯化鈉溶液時，PVA/納米纖維復合膜的脫鹽性能。c-f）抗污試驗后和d-j）去離子水沖洗1h后的PVA/P（AA-AMPS）涂層的表面圖像。
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