DOI:10.1016/j.memsci.2020.118768

盐垢和表面活性剂引起的润湿是膜蒸馏的致命弱点，特别是对于高盐度废水的浓缩而言。在此，研究者通过将超疏水-超疏液表面和抗变形孔整合到一个系统中，合理地开发了一种具有强大抗湿性能的膜。首先采用静电纺丝法制备出该膜，然后对膜的表面粗糙度进行改性，接着涂覆聚二甲基硅氧烷以焊接相交纤维和氟硅烷，从而降低膜的表面能。在将高盐度NaCl溶液从20wt％浓缩至38wt％（饱和条件）、模拟反渗透浓缩水、石膏和低表面张力高盐度废水的实验中，该产品显示出优异的抗湿性能。此外，在实验和计算机模拟的基础上，系统地探讨了膜的抗湿机理。结果表明，超疏水-超疏液表面可以化学稳定表面束缚空气层，从而减少晶体和表面活性剂与膜表面的接触。同时，抗变形孔也有助于克服非对称水力扰动造成的膜孔径的增大，从而在结构上稳定表面束缚空气层。本研究为理解和实现高盐度废水处理中MD膜的润湿阻垢提供了一个平台。

图1.示意图说明（a）具有互连孔的纤维膜，以实现高质量传递，（b）具有抗变形孔的相转化膜，以实现孔稳定性。（c）图解说明了将纤维膜的互连孔与稳定孔微滤膜整合到一个系统中，并结合化学改性以提高抗湿性。（d）用于浓缩高盐度废水的具有优异抗湿性的RSHO膜的制备过程示意图。

图2.（a）参考膜，（b）Anti-dp膜，（c）SH-Omni膜和（d）RSHO膜的FE-SEM图像。（e）透气性和液体进入压力，（f）相关膜的机械强度和（g）表面润湿性。（h）显示膜厚度的光学图像。（i）RSHO膜表面上不同液滴的摄影图像。

图3.DCMD性能（a）在20wt％NaCl溶液的持久脱盐应用中，相关膜的归一化水通量和（b）膜在高盐度废水中的电导率。C膜、参照膜、Anti-dp膜、SH-Omni膜和RSHO膜的初始水通量分别为11.20、21.70、21.18、23.55和25.48 L m-2 h-1。（20wt％NaCl的初始体积为800mL，进料和馏出物的流速均保持在100 mL min-1（在MD模块中为9.21 cm s-1），进料侧的温度和蒸馏侧分别固定在55和20℃。）

图4.C膜和RSHO膜在初始20％氯化钠进料溶液中持续浓缩高盐废水的浓缩性能。（a）归一化通量与进料溶液浓度的函数关系，（b）所收集蒸馏水的质量与时间的函数关系。（c）以上两种膜的渗透电导率随进料溶液浓度的变化。（d）将NaCl溶液从20wt％浓缩至38wt％后，RSHO膜的FE-SEM图像和相应的元素映射图像。C膜和RSHO膜的初始水通量分别为12.44和22.94 L m-2 h-1。（20wt％NaCl的初始体积为800mL，进料和馏出物的流速均保持在100 mL min-1（在MD模块中为9.21 cm s-1），进料侧的温度和蒸馏侧分别固定在55和20℃。）

图5.将RSHO膜分别用于反渗透浓缩水、石膏和氯化钙结垢和润湿实验中，其归一化通量和馏出物电导率与水回收率的函数关系。浓缩三种类型盐溶液的平均初始水通量为30.52、34.95和35.55 L m-2 h-1。反渗透浓缩水由32.61g/L NaCl、1.03g/L KCl、4.52g/L MgCl2、2.91g/L MgSO4和1.80g/L CaSO4组成。石膏由14mM/L CaCl2和14mM/L Na2SO4组成。进料CaCl2的浓度固定为1.5wt％。（模拟RO浓缩水，石膏水和氯化钙水的初始体积分别为958、996.45和998.85mL，进料和馏出物的流速均保持在100 mL min-1（在MD模块中为9.21 cm s-1），进料侧和蒸馏侧的温度分别固定在55和20℃。）

图6.在对含0.1mM SDBS的20wt％NaCl溶液进行持久脱盐时，相关膜的高盐度废水脱盐性能。C膜和RSHO膜的初始水通量分别为10.95和25.22 L m-2 h-1。（NaCl+SDBS溶液的初始体积为800mL，进料和馏出物的流速均保持在100 mL min-1（在MD模块中为9.21 cm s-1），进料侧和蒸馏侧的温度分别固定在55和20℃。）

图7.使用ABAQUS软件模拟不同孔结构的膜抵抗膜孔变形的能力，（a）参考膜，（b）RSHO膜。（c）示意图说明了膜表面的润湿性和孔结构对膜防垢性能的影响。