DOI:10.1016/j.memsci.2020.118420

膜蒸馏（MD）是用于海水和盐水脱盐的一种有吸引力的膜工艺。MD应用的主要障碍之一是缺少具有高透水性和优异脱盐性的高效MD膜。本文提出了一种通过静电纺丝和煅烧制备疏水性/亲水性双组分膜的新型设计策略，以更高效地用于MD。与常规的双层疏水/亲水膜不同，本研究开发的双组分膜由多层亲水性聚酰亚胺（PI）纳米纤维和疏水性聚四氟乙烯（PTFE）微团簇组成，它们在整个膜中相互交织。最佳疏水/亲水双组分膜＃PTFE/PI-2具有强大的三维（3D）超疏水性和自清洁性能。在60℃下，当进料溶液是NaCl浓度为3.5wt％的合成海水时，在400h连续DCMD操作中，其渗透通量高达42±3 L m-2 h-1，盐截留率达99.9％以上。此外，当进料溶液是NaCl浓度为25wt％的盐水时，该膜能够实现40±2 L m-2 h-1的优异水通量和99.9％以上的脱盐率。＃PTFE/PI-2的高蒸气渗透性应归因于PI纳米纤维的高膜孔隙率、可忽略的传质阻力及其超疏水表面上有效的水蒸发面积。同时，优异的抗湿性能可归因于由多层PTFE微团簇构成的独特3D超疏水性结构。

图1.电纺（A）PAA和（B）PTFE/PVA溶液的示意图，（C）同步多针头静电纺丝设备，所制备膜的结构：（D）煅烧前的初纺PTFE-PVA/PAA双组分膜和（E）煅烧后的PTFE/PI双组分膜。

图2.由PTFE微团簇组成的串珠膜（A）＃PTFE、由PI纳米纤维组成的纳米纤维膜（B）＃PI以及设计的疏水/亲水双组分膜（C）＃PTFE/PI-1、（D）＃PTFE/PI-2、（E）＃PTFE/PI-3和（F）＃PTFE/PI-4在煅烧之前（1）和之后（2）的FESEM图像。

图3.（A）双组分膜＃PTFE/PI-2的低倍率FESEM图像，＃PTFE/PI-2表面上（B）碳、（C）氮和（C）氟化物的分布。

图4.膜＃PTFE、＃PI和＃PTFE/PI-2的FTIR光谱。

图5.（A）＃PTFE、＃PI和双组分膜的水接触角，（B）＃PI和（C）＃PTFE表面上水滴的示意图，（D）＃PTFE/PI-2表面形态的高倍放大，（E）＃PTFE/PI-2中PI纳米纤维和PTFE微团簇的直径分布，（F）膜＃PTFE/PI-2上水滴的示意图。

图6.＃PTFE/PI-2的强大超疏水性和自清洁性能：（A）＃PTFE/PI-2表面上的不同球形液滴，（B）＃PTFE/PI-2被炭黑污染后的自清洁性能，（C）＃PTFE/PI-2在手指擦拭试验后保持其超疏水性。

图7.＃PTFE以及PTFE/PI双组分膜＃PTFE/PI-1、＃PTFE/PI-2、＃PTFE/PI-3和＃PTFE/PI-4的DCMD性能。（进料溶液中含有3.5wt％NaCl，进料和渗透溶液的温度分别设置为60℃和20℃，进料和渗透溶液的流速为0.5 L/min）

图8.（A）进料和渗透溶液之间的工作温度差异（进料溶液含3.5wt％NaCl，而渗透溶液为20℃下的去离子水）以及（B）进料溶液的NaCl浓度（将进料和渗透溶液的温度分别设置为60℃和20℃）对DCMD工艺中＃PTFE/PI-2性能的影响。

图9.＃PTFE/PI-2的长期DCMD性能：（A）进料溶液为3.5wt％、（B）25wt％NaCl水溶液。进料和渗透溶液的温度分别设定为60和20℃。进料和渗透溶液的流速为0.5 L/min。

图10.具有3D超疏水性的疏水性/亲水性双组分膜＃PTFE/PI-2的水蒸气传输和水渗透示意图。