DOI: 10.1021/acsami.2c12061

海水淡化是缓解淡水短缺的一种有前途且可持续的解决方案，然而，大多数现有的脱盐膜都存在通道互连性差和有毒溶剂处理能力差的问题，并且遇到了脱盐率和水通量的权衡困境。在此，研究者报告了一种独特且简便的一步绿色溶剂/非溶剂纺丝方法，用于组装具有精确设计的互连/稳定通道结构和表面抗润湿性的环保型聚酰胺纳米纤维膜，用于海水淡化。直接静电纺丝无需任何后处理，通过原位引入含氟化学品可在聚酰胺膜内实现高度互连的双疏通道，并且将非溶剂（双丙酮醇）掺入聚酰胺/溶剂（乙醇）纺丝溶液中，可赋予绿色醇基聚酰胺膜稳定的键合结构和较小的孔径。所得绿色溶剂/非溶剂纺丝聚酰胺纳米纤维膜显示出令人印象深刻的进液压力（120.5kPa）和蒸汽渗透（12.5kg/m2/d），实现了强大的海水淡化性能，脱盐率为99.97%，渗透通量为47.4kg/m2/h。这项工作中简单的一步溶剂/非溶剂纺丝策略、高度互连的双疏通道和基于绿色溶剂的环境友好性为未来聚酰胺膜在水净化中的实际应用提供了机会。

图1.用于海水淡化的环保型聚酰胺膜的设计策略、架构和样品。（a）描述绿色溶剂/非溶剂纺丝聚酰胺纳米纤维膜的环保设计策略示意图。（b）用于海水淡化的绿色聚酰胺膜的示意图。（c）制备的聚酰胺纳米纤维膜的俯视图和（d）横截面SEM图像。比例尺为5μm（右上）和2μm（右下）。（e）大尺寸聚酰胺纳米纤维膜的数码照片。（f）展示聚酰胺膜防水和透气能力的照片。

图2.绿色溶剂/非溶剂纺聚酰胺纳米纤维膜的合成和微观形态。（a）在纺丝溶液中加入非溶剂前后的聚合物链和分子分布示意图。（b）乙醇/聚酰胺和（c）乙醇/DAA分子模型的理论稳定构象和平衡校正相互作用能。由（d）0、（e）30、（f）60和（g）90wt%不同DAA浓度的溶液制备的绿色溶剂/非溶剂基聚酰胺纳米纤维的SEM图像。（h）不同非溶剂浓度的绿色醇基聚酰胺纳米纤维的平均纤维直径。（i）纺丝溶液的粘度、电导率和表面张力。

图3.绿色溶剂/非溶剂纺聚酰胺纳米纤维膜的孔结构和表面性质。（a）由具有不同非溶剂含量的溶液制备的纳米纤维的孔径分布，（b）最大和平均孔径，以及（c）孔隙率。（c）中的插图表示DAA含量为0和90wt%的聚酰胺膜的横截面SEM图像，这些插图的比例尺为4μm。（d）包括水、油和咖啡在内的不同液体滴落在未经氟化的原始聚酰胺膜和经氟化的GPA膜上，证明了原位掺杂氟化聚氨酯的GPA纳米纤维具有优异的双疏性。（e）GPA纳米纤维的SEM图像和相应的EDS元素图。（f）不同非溶剂浓度的GPA纳米纤维膜的水接触角（WCA）。

图4.绿色溶剂/非溶剂纺聚酰胺纳米纤维膜的机械性能。（a）不同非溶剂浓度下制备的绿色聚酰胺纳米纤维膜的拉伸应力-应变曲线，（b）断裂强度和断裂伸长率。（c）聚酰胺膜的杨氏模量和韧性。（d）GPA-3纳米纤维在连续拉伸过程中的SEM图像。（e）描述绿色溶剂/非溶剂处理的聚酰胺纳米纤维在增加的拉伸应变下演变的示意图。

图5.聚酰胺纳米纤维膜的防水性和透气性。（a）由具有不同非溶剂浓度的溶液制备的聚酰胺膜的LEP和蒸汽渗透。（b）与未经氟化的原始聚酰胺膜相比，GPA-3纳米纤维膜的抗水渗透性更好。（c）证明GPA-3纳米纤维膜具有良好的水蒸气渗透性，以及通过水蒸气冷凝效应收集的淡水。

图6.聚酰胺纳米纤维膜的海水淡化性能。（a）聚酰胺纳米纤维膜的抗液态水和透湿机理示意图。（b）各种聚酰胺纳米纤维膜的海水淡化性能。（c）不同进料温度下纳米纤维膜的膜蒸馏性能。（d）GPA-3膜在12h测试期间的脱盐性能。