DOI: 10.1021/acssuschemeng.9b05805
膜蒸馏脱盐（MD）工艺被认为能显著提高水的回收率，特别是处理高盐水，如海水和页岩气废水。然而，现有技术的膜存在严重的润湿现象，这通常导致性能下降，从而导致所产生的清洁水的质量较差。在本文中，我们第一次报道了一种基于静电纺丝法制备的非氟化聚（2,6-二甲基-1,4-苯撑氧）（PPO）的纳米纤维薄膜用于膜蒸馏。聚苯醚固有的低热导率可以很好地保持膜的驱动力，而具有相当光滑表面的相应纳米纤维可以防止无机盐的粘附，从而大大提高了防垢性能。简而言之，PPO膜可分别为海水和页岩气废水脱盐提供80％和60％的高水回收率，而水流量分别仅下降12.5％和33％，而商用聚偏二氟乙烯膜的水通量分别下降了20.8和88.8％。总体而言，我们开发了一种理想的聚合物候选材料，可用于制造膜蒸馏的新型膜材料，并突出了其在处理高盐水样品方面的巨大潜力。
图1.（A）静电纺丝工艺流程示意图。温度和湿度分别保持在25±0.5℃和35％。（B）PPO-11溶液作为溶剂混合物组成函数的图像（不同比率下的DMF/CHCl3：
1：11、1：10、1：9、1：8、1：7和1：5）。（C）聚合物溶液的表面张力、电导率和粘度与聚合物浓度的关系。DMF与CHCl3的质量比保持为1：9。所有测量均在25.0±0.5℃下进行。（D）PPO纤维静电纺丝实验条件的映射。红色粗体区域表示可导致多孔无珠PPO纤维的三元混合物成分。
图2.商用PVDF（A）和电纺PPO膜的表面FESEM图像以及聚合物浓度与PPO膜的关系[B：8％（PPO-8）；C：9％（PPO-9）；D：10％（PPO-10）；E：11％（PPO-11）；F：12％（PPO-12）]。（G）孔径大小及分布是通过计算机软件与电纺膜(PPO-9、 PPO-10和 PPO-11)多孔性材料分析仪(Porolux 1000, IB-FT GmbH德国柏林)系统耦合计算得出的。
图3.商用PVDF和电纺PPO膜的水接触角。（A）所有膜的水接触角比较。实验在25℃的环境条件下进行。每个样本至少进行了三次平行测试，给出了带有误差条的平均值。（B）分别在0、30和60秒时拍摄膜上水滴的照片。
图4.商业PVDF（A）和电纺PPO膜（B）的水蒸气流量随时间变化。这里以PPO-11为代表进行了研究。使用去离子水作为进料和渗透蒸汽进行DCMD实验。在整个实验期间，进料侧的温度设置为60、50和40℃，而渗透液侧的温度设置为20℃，从而导致三个不同的跨膜温度差异（20、30、和40℃）。（C）PPO-11膜随时间的长期耐久性测试。定期从渗透液侧重新填充进料容器，以保持进料浓度恒定为10 g L-1。
图5.（A）商用PVDF和（B）PPO-11膜截面温度场分布的模拟。为了更直观地观察温度梯度，采用虚拟膜线作为基线（深度为零），将流道的横截面放大10倍。分别在60℃和20℃下用纯水模拟进料和渗透。各侧的流体均以逆流方式运行，即进料从左至右进入膜区，而渗透循环则相反（从右至左）。
图6.商用PVDF（A，C）和电纺PPO-11膜（B，D）模拟处理海水和页岩气废水的短期脱盐性能。对于海水淡化测试，分别采用60℃的初始NaCl溶液（43.75 g L-1）和20℃的去离子水作为进料流和渗透流。DCMD实验一直进行到渗透体积达到400毫升（初始进料体积=500毫升），表明水回收率为80％。对于模拟页岩气废水试验，分别采用60℃下的初始进料和20℃下的去离子水作为进料和渗透流。DCMD实验一直进行到渗透体积达到300毫升（初始进料体积=500毫升），对应于60％的水回收率。进料成分详情见表S1。所有实验至少重复三次，给出了带有误差条的平均值。
图7.模拟海水DCMD实验后商用PVDF（A）和PPO-11（B）膜的表面FESEM图像和能谱图。模拟页岩气废水DCMD实验后PVDF（C）和PPO-11（D）膜的表面FESEM图像和EDX图谱。黄线是膜表面结垢晶体的剖面图。
