DOI:10.1016/j.memsci.2020.117962 

膜蒸馏（MD）因其具有利用低品位能量和实现高溶质截留率的可行性，在海水及微咸水淡化、废水处理、果汁浓缩和药物溶液浓缩等方面受到越来越多的关注。然而，由于无机晶体的膜结垢和进料溶液中有机物对膜的污染，尤其是在处理具有挑战性的废水时，膜润湿仍然阻碍着MD技术的成功实施。在此，本研究提出一种新的策略，藉由静电纺丝和电喷雾来开发坚固且超疏水的膜，以增强膜因结垢和污染而产生的抗湿性。坚固的超疏水膜PDMS-3由电喷雾PVDF/PDMS/硅粉混合溶液制备的超疏水表面层和电纺纳米纤维PVDF载体组成。新研制的PDMS-3膜不仅具有优异的超疏水性，与水的接触角为170°±1°，而且具有独特的抗磨损性能，经过40次磨损循环后仍具有光滑的超疏水性能。此外，DCMD测试表明，与纳米纤维膜和商用PVDF膜相比，这种刚性的超疏水表面使PDMS-3具有最佳的防垢和抗污染性能。当进料溶液和渗透溶液分别为333 K时的3.5 wt% NaCl溶液和293 K时的蒸馏水，在连续160 h的DCMD操作中，均能获得28 kg m-2 h-1的MD通量和99.99%以上的稳定脱盐率。这些结果强调了超疏水耐磨膜的开发对通过MD处理含有多种无机和有机物的废水的重要性。

图1.超疏水膜的制备工艺。

图2.展示实验室制作的LEPw测试设置的示意图。

图3.通过纸张磨损试验量化超疏水表面的机械阻力：（A）纸张磨损试验的示意图；（B）纸张磨损过程的图像。

图4.MD膜的SEM图像：（A）电纺纳米纤维PVDF膜；（B）质量比为2/3的PVDF/PDMS电纺超疏水膜（PDMS-0），（C）质量比为2/3/1的PVDF/PDMS/二氧化硅电纺膜（PDMS-1）；（D）质量比为2/3/2的PVDF/PDMS/二氧化硅电纺膜（PDMS-2）以及（E）质量比为2/3/3的PVDF/PDMS/二氧化硅电纺膜（PDMS-3）；（F）商用PVDF膜。插图显示了不同膜表面上的水滴。

图5.用不同的PDMS/二氧化硅混合物进行电喷雾之前和之后的膜的FTIR光谱。

图6.在不同膜表面弹跳的水滴的延时图像：（A）PDMS-0、（B）PDMS-1、（C）PDMS-2和（D）PDMS-3。

图7.磨损循环后，不同膜表面的水接触角。

图8.经过40个磨损循环后，水滴在不同膜表面弹跳的延时图像：（A）PDMS-0、（B）PDMS-1、（C）PDMS-2和（D）PDMS-3。

图9.磨损对不同表面的影响。（A）具有较少纳米级突起的微米级粗糙表面：由于磨损而失去突起后，卡西状态不稳定。（B）具有更多纳米级突起的微尺度粗糙图案：磨损后，卡西状态保持稳定。

图10.电纺纳米纤维PVDF膜、开发的超疏水膜PDMS-3和商用PVDF膜（进料为3.5 wt％ NaCl，Tf=333 K，Tp=293 K，两侧流速均为0.5 L min-1）的DCMD性能。

图11.在DCMD过程中，使用不同进料溶液的纳米纤维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，两侧流速均为0.5 L min-1）。

图12.分别用含CaSO4（A1-A3）、HA（B1-B3）、TDAB（C1-C3）和SDS（D1-D3）的进料溶液对（1）纳米纤维聚偏氟乙烯（PVDF）、超疏水聚偏氟乙烯（PDMS-3）和（3）商用聚偏氟乙烯（PVDF）膜表面进行DCMD测试后的扫描电镜图像。

图13.经过不同的MD测试后，纳米纤维PVDF、PDMS-3和商用PVDF膜的水接触角。

图14.当进料溶液为3.5 wt％ NaCl溶液（Tf=333 K，Tp=293 K，两侧流速为0.5 L min-1）时，PDMS-3的长期DCMD性能。