DOI: 10.1016/j.memsci.2020.119028

静电纺丝纳米纤维膜因其具有高比表面积、高疏水性和高孔隙率以及可控的孔径和膜厚度等优点而在膜蒸馏（MD）应用中备受关注。尽管有这些优点，在MD中ENMs仍然存在润湿问题。同轴静电纺丝是一种极具吸引力的策略，可一步制备具有芯鞘结构的无纺布膜，并提高其在MD应用中的抗湿性。在本研究中，以聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PH）为芯层，以PH/气凝胶（SiA）为鞘层，制备了超疏水同轴复合材料ENMs。表面表征结果表明，同轴ENMs的活性层（即PH）是粗糙、高度多孔（＞80％）且超疏水的（接触角＞160°）。此外，同轴ENMs具有较小的孔径（＜0.39μm）和合适的液体入口压力（＞1.72bar）。在长期（1个月）直接接触MD试验中，以3.5wt％NaCl溶液为进料，在鞘层施加4wt％SiA的最佳溶液负载时，水蒸气通量和脱盐率分别达到14.5L/m2h和99.99％。使用通用同轴静电纺丝制备的ENMs在直接接触MD脱盐中具有广阔的应用前景。

图1.同轴静电纺丝的示意图：（a）注射泵，（b）芯层溶液，（c）鞘层溶液，（d）同轴适配器，（e）同轴纳米纤维，（f）旋转滚筒收集器，（g）金属板和（h）高压电源。

图2.（a1，a2，a3）纯PH，（b1，b2，b3）PH-SiA-2，（c1，c2，c3）PH-SiA-4和（d1，d2，d3）PH-SiA-6膜（a1，b1，c1，d1）表面和（a2，b2，c2，d2）横截面的SEM图像以及（a3，b3，c3，d3）TEM图像。

图3.（a1，a2）纯PH，（b1，b2）PH-SiA-2，（c1，c2）PH-SiA-4和（d1，d2）PH-SiA-6膜的（a1，b1，c1，d1）纤维尺寸分布和（a2，b2，c2，d2）孔径分布。纯PH、PH-SiA-2、PH-SiA-4和PH-SiA-6的平均纤维尺寸分别为234.94µm、115.82µm、86.18µm和68.27µm。纯PH、PH-SiA-2、PH-SiA-4和PH-SiA-6的平均孔径分别为0.58µm、0.38µm、0.39µm和0.36µm。

图4.（a）纯PH，（b）PH-SiA-2，（c）PH-SiA-4和（d）PH-SiA-6膜的AFM图像。纯PH、PH-SiA-2、PH-SiA-4和PH-SiA-6膜的平均粗糙度（Ra）分别为284.65±28.71nm，331.05±156.60nm，451.15±161.83nm和488.43±221.39nm。

图5.（a）通过EDX测得的C/Si和F/Si比，以及（b）纯PH、PH-SiA-2、PH-SiA-4和PH-SiA-6膜的ATR-FTIR峰。

图6.（a）纯PH、PH-SiA-2、PH-SiA-4和PH-SiA-6膜的氮气吸附/解吸等温线和（b）由解吸等温线得出的BJH孔径分布。

图7.纯PH、PH-SiA-2、PH-SiA-4和PH-SiA-6膜的氮气吸附能分布比较。

图8.（a-d）（a）纯PH，（b）PH-SiA-2，（c）PH-SiA-4和（d）PH-SiA-6膜在DCMD过程中运行72小时的通量和脱盐性能。进料水为3.5wt％NaCl溶液（TDS=35g/L）。进料和渗透液流速均保持在24L/h。进料和渗透温度分别为60±1.5℃和20±1.5℃。纯PH、PH-SiA-2、PH-SiA-4和PH-SiA-6的平均水蒸气通量分别为11.07LMH、5.87LMH、10.57LMH和9.40LMH。纯PH、PH-SiA-2、PH-SiA-4和PH-SiA-6的初始水蒸气通量分别为8.98LMH、14.53LMH、13.30LMH和12.80LMH。

图9.（a）PH-SiA-4同轴电纺纳米纤维膜在DCMD应用中使用1个月（31天）的通量和脱盐性能。进料水为3.5wt％NaCl溶液（TDS=35g/L）。进料和渗透液流速均保持在24L/h。进料和渗透液流速均保持在24L/h。进料和渗透温度分别为60±1.5℃和20±1.5℃。PH-SiA-4同轴电纺纳米纤维膜31天的平均水蒸气通量为10.45±0.63LMH。（b）经1个月的DCMD测试后，PH-SiA-4同轴电纺纳米纤维膜的表面SEM图像。

图10.在本研究中，通过同轴静电纺丝制备的同轴电纺纳米纤维膜和通过单喷嘴静电纺丝制备的纯PH电纺纳米纤维膜的示意图及其性能。