膜蒸馏(MD)是一种基于膜的热分离过程，由蒸汽压梯度驱动，是处理复杂的高盐度工业废水或海水淡化的一种很有前途的方法。与其他海水淡化技术相比，MD在相对较小的占地面积、高度紧凑的配置和对低品位废热能的预期利用方面表现突出，因此在小规模海水淡化应用中具有广泛的应用前景。通过静电纺丝技术制备的互连多孔膜因其优异的渗透性受到极大关注。然而，由于孔变形导致的较差疏水耐久性限制了其脱盐性能。

鉴于此，哈尔滨工业大学王威教授团队利用静电纺丝技术构建了新型纳米纤维膜，在海水淡化方面展现了优异的耐久性。

Environ. Sci. Technol.：原位3D焊接纳米纤维膜用于膜蒸馏处理浓海水

本文报道了一种乳液静电纺丝的原位三维（3D）焊接方法，用于制备坚固的纳米纤维膜。该方法简单有效，可以在纳米纤维的交叉点对其进行焊接，增强了3D空间中膜孔的均匀分布。结果表明，与非焊接（超疏水）纳米纤维膜和焊后（超疏水）纳米纤维膜相比，原位3D焊接纳米纤维膜的稳定性为170h，水回收率为76.9％，具有较好的脱盐性能。

此外，当前工作还研究了原位3D焊接纳米纤维膜的稳定性机制以及非焊接和焊后纳米纤维膜的两种不同润湿机理。更重要的是，原位3D焊接纳米纤维膜可以进一步将实际浓海水（121°E，37°N）浓缩至结晶，展示了其在具有挑战性的浓海水淡化方面的应用潜力。相关研究成果以“In Situ Three-Dimensional Welded Nanofibrous Membranes for Robust Membrane Distillation of Concentrated Seawater”发表于期刊《Environmental Science & Technology》上。

图1.（a）PH/PDMS乳液的制备示意图，（b）静电纺丝过程中原位3D焊接纳米纤维膜形成的三个阶段。（c）原位3D焊接纳米纤维膜的ATR-FTIR光谱。

图2.（a）原位3D焊接纳米纤维膜的表面SEM图像，（b）横截面SEM图像和（c）照片。（d）非焊接纳米纤维膜的表面SEM图像，（e）横截面SEM图像和（f）照片。（g）焊后纳米纤维膜的表面SEM图像，（h）横截面SEM图像和（i）照片。

图3.（a）原位3D焊接纳米纤维膜、非焊接纳米纤维膜和焊后纳米纤维膜的水通量以及蒸馏物电导率趋势，采用DCMD工艺，以合成浓海水为进料。请注意，进料溶液的浓度是恒定的。（b）显示实验后原位3D焊接纳米纤维膜的照片，实验前后原位3D焊接纳米纤维膜、实验后非焊接纳米纤维膜和实验后焊后纳米纤维膜的WCAs。（c）原位3D焊接纳米纤维膜优异的疏水耐久性，非焊接纳米纤维膜的润湿性以及焊后纳米纤维膜的水袋现象的机理图。

图4.（a）原位3D焊接纳米纤维膜和（b）C-PVDF膜的水通量和蒸馏物电导率随时间和水回收率的变化，其中以合成浓海水为进料。（c）使用原位3D焊接纳米纤维膜进行浓缩实验前后进料瓶的照片。（d）非焊接超疏水纳米纤维膜和焊后超疏水纳米纤维膜的水通量和蒸馏物电导率随时间的变化趋势，其中以合成浓海水为进料。

图5.（a）在DCMD过程中，以实际浓海水为进料，使用原位3D焊接纳米纤维膜的水通量和蒸馏物电导率随时间和水回收率的变化。实际海水取自中国黄海（东经121°，北纬37°）。（b）使用原位3D焊接纳米纤维膜进行浓缩实验前后进料瓶的照片。（c）实际海水和蒸馏水（使用原位3D焊接纳米纤维膜由实际海水获得）的3D荧光光谱。

Desalination：稳固型超疏水纤维膜的设计及其膜蒸馏耐久性研究

使用电纺纤维蒸馏膜（EFDM）对高盐度废水进行脱盐的一个重大挑战是由结垢引起的孔隙润湿。在此，王威教授团队通过简单且可扩展的静电纺丝技术结合浸涂方法设计了一种稳固超疏水纤维膜，在直接接触膜蒸馏的长期运行中，该膜显示出约28.5 L/m2·h（ΔT=40℃）的高水通量和意想不到的耐用性（>312h）。

值得注意的是，作者还系统研究了表面润湿性和孔隙结构对EFDM耐久性的影响。实验和模拟表明，EFDM中硬孔的形成对高盐度废水脱盐时膜的耐久性有着重要的影响，这是因为避免了EFDM表面供水湍流对孔隙变形的影响。同时，超疏水表面还有助于减少晶体与盐的接触面积，进一步提高膜的耐久性。该理论模拟为设计具有优异MD稳定性的新型结构纤维膜提供了新的见解。相关研究成果以“Design of firm-pore superhydrophobic fibrous membrane for advancing the durability of membrane distillation”为题，发表于期刊《Desalination》上。

图1.（a）MD过程的工作机制。（b）MD过程中相转换膜的图示。（c）MD过程中静电纺丝膜的图示。（d）硬孔超疏水电纺纤维具有优异的水通量和耐用性的假设说明。

图2. 超疏水PVDF FM的合成过程示意图，插图分别显示了（a）PVDF FM、（b）PVDF@PDMS FM和（c）PVDF@PDMS/SNP FM的形态结构。

图3. PVDF@PDMS/SNP NFM与相关膜的耐湿性和耐久性比较，进水为3.5wt% NaCl溶液。（a）水通量和（b）渗透电导率。

图4.通过ABAQUS软件模拟不同纳米纤维网络的膜孔抗变形能力：（a）原始PVDF FM和（b）PVDF@PDMS FM。