DOI: 10.1016/j.memsci.2021.119500

太阳能膜蒸馏是一种很有前途的低成本海水淡化和水净化技术。采用连续静电纺丝技术制备了一种由聚丙烯腈（PAN）纳米纤维层与聚偏氟乙烯（PVDF）和氧化锑锡（ATO）复合而成的新型光热转换膜（PVDF-ATO/PAN纳米纤维膜）。通过显微镜观察和接触角测量对亲水性PAN和疏水性PVDF-ATO双层膜进行了研究。热成像系统证实了在太阳光驱动下膜表面层（PVDF-ATO）的原位温度升高。PAN层为高效膜蒸馏的水流提供了水传输通道，避免了剧烈蒸发过程中的盐析现象。借助亲水性PAN层，该PVDF-ATO/PAN纳米纤维膜可以实现高效的局部传热，蒸发速率为0.93 kg m-2 h-1，在低成本海水淡化和可扩展水净化方面显示出巨大的潜力。

图1.太阳能膜蒸馏实验室制备装置

图2.具有不同ATO含量的膜的物理性质和海水淡化性能：（a）纳米纤维膜厚度，（b）接触角（插图：ATO含量分别为0wt％至7wt％），（c）膜表面的稳态温度（1kW·m-2）,（d）蒸发率和相应的太阳能效率（1kW·m-2）

图3.（a-b）照片分别显示了PVDF-ATO/PAN纳米纤维膜的PAN表面（底部）和PVDF-ATO表面（顶部），（c-d）膜的PVDF-ATO表面和PAN表面的SEM（×2000）、（f）膜的横截面图像（×2000），（g）PVDF-ATO层上O、Sb和Sn元素的EDS光谱

图4.PVDF-ATO/PAN纳米纤维膜在干湿条件下的力学性能

图5.原始PAN、PVDF-ATO/PAN纳米纤维膜的太阳能吸收光谱和太阳能密度

图6.PVDF-ATO/PAN纳米纤维膜的光热性能

图7.PVDF-ATO/PAN纳米纤维膜在太阳蒸发试验过程中随时间推移的表面温度：（a）纯净水和PVDF-ATO/PAN纳米纤维膜在1kW·m-2太阳光照射下的热图像；（b）随光照时间增加的膜表面温度；（c）PVDF-ATO/PAN纳米纤维膜蒸发器垂直方向的温度曲线

图8.PVDF-ATO/PAN纳米纤维膜的工作机理

图9.不同膜的膜蒸馏性能以及PVDF-ATO/PAN纳米纤维膜的海水淡化性能

图10.在太阳光照射下，PVDF-ATO/PAN纳米纤维膜利用太阳能产生蒸汽的性能

图11.不同光学浓度下海水的膜蒸馏性能：（a）膜表面温度变化，（b）海水蒸发率和太阳能效率

图12.PVDF-ATO/PAN纳米纤维膜的循环稳定性试验：（a）14天内的海水蒸发率，（b）工作1天和14天后海水蒸发导致的质量变化，（c）不同清洗周期下的蒸发率，（d）工作1天和14天后的太阳能吸收率

图13.循环试验后PVDF-ATO/PAN纳米纤维膜的SEM图：（a-c）PAN层（a：×2000，b：×100，c：×2000，a和c部分放大）；（d-e）PVDF-ATO层（e：×2000，f：×5000）；（f）横截面图；（g）洗涤后的PAN层；（h）洗涤后的PVDF-ATO层；（i）洗涤后的横截面图