DOI:10.1016/j.memsci.2020.118120
在高濃度溶液中運行的膜技術對于與其他可再生能源技術競爭的壓力延遲滲透（PRO）應用至關重要。在此，研究者使用聚（苯并惡唑-共酰亞胺）（PBO）聚合物制備了高度多孔且堅固的電紡膜（ESMs）。在滲透驅動系統中，首次采用新型一步直接氟化法來增加ESM的親水性。直接氟化通過提高極性表面能參數增加了ESM的總表面能，最終通過氟化ESM的界面聚合影響了“山脊”狀薄膜復合膜（PBO-TFC-F5）的形成。結果表明，PBO-TFC-F5以3 M NaClaq為拉伸液，在27 bar下獲得了前所未有的功率密度（87.2 W·m-2）。當PBO-TFC-F5用于滲透熱機（OHE）時，它的發電成本僅為203 $·MWh-1，不到使用商業膜成本的一半。這種堅固、多孔且高性能的PBO-TFC-F5為基于膜的發電系統開辟了新的可能性。
圖1.（a）OHE系統的示意圖，該系統用于評估PBO-TFC-Fx的經濟可行性。（b）熱重排的PBO聚合物的化學結構和直接氟化后聚合物的化學變化。
圖2.（a）PBO-ESM、PBO-ESM-F5和F60的數碼照片和水接觸角。（b）在高分辨率模式下，PBO-ESM、PBO-ESM-F5和F60的C1s XPS光譜。（c）PBO-ESM、PBO-ESM-F5和F60中F源的表面EDX圖（紅色標記）。
圖3.（a）碳和氟元素的原子百分比與PBO-ESM蝕刻時間的關系。根據（b）PBO-ESM-F5和（c）PBO-ESM-F60的蝕刻時間，原子百分比的導數值。
圖4.PBO-ESM和PBO-ESM-F5的Owen-Wendt圖。對于每種液體，從三個重復的測試中獲得平均接觸角。
圖5.（a，b）PBO-TFC和（e，f）PBO-TFC-F5的表面和橫截面SEM圖像。（c）PBO-TFC和（g）PBO-TFC-F5的TEM圖像。（d）PBO-TFC和（h）PBO-TFC-F5的AFM圖像。
圖6.（a）水通量和（b）功率密度，取決于液壓。使用1 M或3 M NaClaq和去離子水分別作為汲取和進料溶液測量PBO-TFC的PRO性能。由于在3 M NaClaq條件下水通量過快，因此汲取流速從0.4 L·m-1增加到3.0 L·m-1，以減少ECP現象。
圖7.PBO-TFC-F5在（a）PRO模式下在27 bar下使用3 M NaClaq和去離子水作為汲取和進料溶液的長期穩定性。由于汲取液的高鹽度，PRO測量期間鐵銹堆積在膜上，因此（b）對PBO-TFC-F5的RO測試在27 bar、2000 ppm條件下進行。
圖8.（a）損失因子的比率和（b）不利因素的變化，取決于各種進料濃度（從去離子水到0.5 M NaClaq）。使用3 M NaCl水溶液作為汲取液來模擬PRO性能。對于HTI-TFC和PBO-TFC-F5，由于選擇層的穩定性，PRO性能以27 bar計算，而PBO-TFC則模擬為21 bar。
圖9.使用PBO-TFC和PBO-TFC-F5的OHE系統中的LCOE隨（a）液壓、（b）PRO進料濃度、（c）MD回收率和（d）PRO回收率的變化。計算了PBO-TFC-F5的泵送損失和總膜面積。默認輸入條件在表S7中列出。對于原始的PBO-TFC，由于穩定性問題，使用了21 bar的液壓，所有其他條件與PBO-TFC-F5相同。為了驗證一個變量的效果，在計算LCOE時，所有其他變量均固定。
圖10.（a）其他文獻中各種后處理的A和B值的變化（聚多巴胺（PDA）涂層（●，▲），聚乙烯醇（PVA）涂層（▼），使用NaOClaq溶液（◆，?）和DMF活化（★，?）刻蝕選擇性層。OHE系統中（b）功率密度和（c）LCOE隨A和B變化的等高線圖。建模基于表4所示的PBO-TFC-F5的結構參數。嘗試使用最佳工作條件，如圖9所示，但是，它不能使OHE系統在低A值和高B值區域內保持穩定狀態。因此，僅通過將PRO回收率降低至40%進行建模。
圖11.使用PBO-TFC-F5的2.5 MW OHE的LCOE及其與其他可再生技術的比較。
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