DOI: 10.1016/j.memsci.2022.120850

本研究采用静电纺丝法制备了一类适用于膜蒸馏的新型PVDF膜。通过在膜制备过程中调整溶剂比例和操作参数，改变PVDF电纺膜的经典纤维形态以生成珠状结构。结果表明，通过增加用于制备PVDF溶液的N,N-二甲基乙酰胺（DMAC）与丙酮的比例，可以在静电纺丝膜纤维结构内形成PVDF微米级珠子。这主要归因于DMAC较低的饱和蒸汽压，会减慢聚合物的固化速度，从而导致纤维-珠粒的形态。珠子密度的增加导致所得膜的WCA增加（从134°到148°），同时膜厚度减小。使用低PVDF浓度（17wt%）可以获得较大的珠子与纤维比率，但会牺牲膜的机械稳定性。后者可以通过增加PVDF溶液浓度来增强。结果表明，在双针静电纺丝装置中同时部署17和25wt%PVDF溶液，可以制备出具有高疏水性、低厚度和良好机械稳定性的静电纺丝PVDF珠状膜，用于膜蒸馏。当在高回收率直接接触膜蒸馏中过滤高盐溶液时，最佳膜的膜渗透性比商用PVDF膜增加了34%，并且保持了更稳定的水通量。因此，珠状PVDF电纺结构是一种在MD应用中提高PVDF膜性能的简便策略。

图1：两个针中使用相同的PVDF溶液（PVDF浓度为17wt%），但改变DMAC与丙酮的质量比制备的电纺膜表面的SEM和光学轮廓仪图像。

图2：电纺膜的WCA（a）和厚度（b）。报告了两个针中使用相同的PVDF溶液（PVDF浓度为17wt%），但改变DMAC与丙酮的质量比制备的膜的结果。（a）中插入的WCA图像对应于下方的条形图。

图3：溶液成分对膜性能影响的定性评估。在此，圆直径与执行的不同特性测试获得的值成比例。WCA（水接触角），Thick（厚度），B.Dens（珠密度），M.Int（膜完整性），Poros（孔隙率）。

图4：对使用（i）17wt%PVDF溶液（M-4，M-5）和（ii）聚合物增强溶液（M-4-P、M-5-P和M-7-P）定制的膜进行应力测试。值得注意的是，M-7表现出易碎的质地，导致没有可行的应力测试。

图5：在DCMD模式下进行的过滤实验结果。a）与商用PVDF膜（命名为M-C）相比，用聚合物增强溶液制备的不同静电纺丝膜的水通量。b）对商用PVDF和M-4-P进行的渗透率测试结果。c）和d）报告了高回收率实验的结果，分别呈现了水通量和电导率的趋势。使用商用PVDF和M-4-P膜进行测试。使用高盐溶液（NaCl初始浓度为100g/L）以及55℃和20℃的进料和馏出温度进行高回收率实验。