DOI:10.1016/j.memsci.2020.118499

因为膜润湿和结垢的严重局限性，采用膜蒸馏（MD）处理高盐度废水意义重大，而又极具挑战性。在本文中，通过连续静电纺丝和电喷雾并结合热处理工艺，开发了具有不对称超润湿性的整体自粗糙Janus纤维膜（FM）。详细讨论了由静电纺丝/电喷雾技术制备的纤维表面粗糙度的形成机理，并探讨了Janus FM的不对称润湿性和整体性能对膜润湿和结垢的协同抵抗作用。得益于超疏液表面在空气中的高水接触角（157°），超亲水性表层的高水下油接触角（156°）以及38种所得膜的整体性能，新开发的Janus FM对由3.5wt％NaCl、0.1g SDBS和1.0g润滑油组成的模拟超盐废水进行脱盐时，其水通量超过27 Lm-2 h-1，脱盐效率高达约100％。所提出的Janus FM制备策略为制备整体、自粗糙、非对称的超润湿性Janus FM开辟了新的方向，以广泛应用于其他选择性分离领域。

图1.通过连续静电纺丝和电喷雾技术结合热处理制备超亲水/超疏液的整体自粗糙Janus FM的过程。

图2.（a）由NH3·H2O和17-FAS接枝到腐蚀性PVDF聚合物链上引起的PVDF链交联的形成机理示意图。在每个阶段制备的超疏液PVDF FM的FE-SEM图像：（b）原始PVDF FM，（c）自粗糙PVDF FM以及氟化自粗糙PVDF FM（d）。

图3.（a）荷叶和（b-g）在不同PVA/PAA浓度下制备的经热处理的超亲水表层的FE-SEM图像：（b）14wt％、（c）12wt％、（d）10wt％和（e）8wt％。（f）油滴和水滴在水下和空气中在超亲水性PVA/PAA表层上的接触角。（g）双层结构的超亲水/超疏液Janus FM的横截面FE-SEM图像。（h）测定经热处理的PVA/PAA表层与超疏液PVDF FM之间的结合力。（i）在每个阶段制备的Janus FM的孔径分布，（j）应力-应变曲线以及（k）液体入口压力和透气性（每个样品的液体入口压力和透气性测试了3次）。

图4.（a）聚合物溶液中添加的NH3·H2O浓度对PVDF FM表面润湿性的影响。（a）聚合物溶液中添加的17-FAS浓度和热处理温度对超疏液PVDF FM表面润湿性的影响。（c）PVA/PAA浓度对空气中和水下表层润湿性的影响。（d）具有不同特性的各种液体分别滴在（d）超疏液和（e）疏水性PVDF FM表面上。（（1）水，（2）pH=3，（3）pH=11，（4）大豆油，（5）原油，（6）润滑油，（7）10 mg L-1 SDBS，（8）10 mg L-1 MeB，（9）咖啡和（10）牛奶。在水下，将油滴分别滴在（f）超疏液和（g）Janus FM表面上。（h）具有不同特性的各种液体的接触角分别在超疏液和疏水性PVDF FM表面呈下降趋势（每个样品的接触角测试了五次）。

图5.（a）与不同可润湿的PVDF FM表面相比，Janus FM的耐湿性。对低表面能盐度水进行3小时和36小时脱盐后，（b）疏水性和（c）超疏液PVDF FM的照片。（d）疏水性PVDF FM的润湿机理和超疏液PVDF FM的抗润湿机理。

图6.（a）原始PVDF、超疏液PVDF和Janus FM同时抗润湿性和防污性的比较。经过润湿和结垢实验后的（b）疏水性PVDF FM、（c）超疏液PVDF FM和（d）Janus FM的照片。（e）Janus FM同时抗湿防污的机理。（f）在最佳超亲水性PVA/PAA表层的动态油粘力测量过程中实时记录的力-距离曲线。（g）在脱盐之前和之后，表面活性剂稳定的盐包油型水微乳液的光学显微镜图像。