DOI:10.1016/j.memsci.2020.118120
在高浓度溶液中运行的膜技术对于与其他可再生能源技术竞争的压力延迟渗透（PRO）应用至关重要。在此，研究者使用聚（苯并恶唑-共酰亚胺）（PBO）聚合物制备了高度多孔且坚固的电纺膜（ESMs）。在渗透驱动系统中，首次采用新型一步直接氟化法来增加ESM的亲水性。直接氟化通过提高极性表面能参数增加了ESM的总表面能，最终通过氟化ESM的界面聚合影响了“山脊”状薄膜复合膜（PBO-TFC-F5）的形成。结果表明，PBO-TFC-F5以3 M NaClaq为拉伸液，在27 bar下获得了前所未有的功率密度（87.2 W·m-2）。当PBO-TFC-F5用于渗透热机（OHE）时，它的发电成本仅为203 $·MWh-1，不到使用商业膜成本的一半。这种坚固、多孔且高性能的PBO-TFC-F5为基于膜的发电系统开辟了新的可能性。
图1.（a）OHE系统的示意图，该系统用于评估PBO-TFC-Fx的经济可行性。（b）热重排的PBO聚合物的化学结构和直接氟化后聚合物的化学变化。
图2.（a）PBO-ESM、PBO-ESM-F5和F60的数码照片和水接触角。（b）在高分辨率模式下，PBO-ESM、PBO-ESM-F5和F60的C1s XPS光谱。（c）PBO-ESM、PBO-ESM-F5和F60中F源的表面EDX图（红色标记）。
图3.（a）碳和氟元素的原子百分比与PBO-ESM蚀刻时间的关系。根据（b）PBO-ESM-F5和（c）PBO-ESM-F60的蚀刻时间，原子百分比的导数值。
图4.PBO-ESM和PBO-ESM-F5的Owen-Wendt图。对于每种液体，从三个重复的测试中获得平均接触角。
图5.（a，b）PBO-TFC和（e，f）PBO-TFC-F5的表面和横截面SEM图像。（c）PBO-TFC和（g）PBO-TFC-F5的TEM图像。（d）PBO-TFC和（h）PBO-TFC-F5的AFM图像。
图6.（a）水通量和（b）功率密度，取决于液压。使用1 M或3 M NaClaq和去离子水分别作为汲取和进料溶液测量PBO-TFC的PRO性能。由于在3 M NaClaq条件下水通量过快，因此汲取流速从0.4 L·m-1增加到3.0 L·m-1，以减少ECP现象。
图7.PBO-TFC-F5在（a）PRO模式下在27 bar下使用3 M NaClaq和去离子水作为汲取和进料溶液的长期稳定性。由于汲取液的高盐度，PRO测量期间铁锈堆积在膜上，因此（b）对PBO-TFC-F5的RO测试在27 bar、2000 ppm条件下进行。
图8.（a）损失因子的比率和（b）不利因素的变化，取决于各种进料浓度（从去离子水到0.5 M NaClaq）。使用3 M NaCl水溶液作为汲取液来模拟PRO性能。对于HTI-TFC和PBO-TFC-F5，由于选择层的稳定性，PRO性能以27 bar计算，而PBO-TFC则模拟为21 bar。
图9.使用PBO-TFC和PBO-TFC-F5的OHE系统中的LCOE随（a）液压、（b）PRO进料浓度、（c）MD回收率和（d）PRO回收率的变化。计算了PBO-TFC-F5的泵送损失和总膜面积。默认输入条件在表S7中列出。对于原始的PBO-TFC，由于稳定性问题，使用了21 bar的液压，所有其他条件与PBO-TFC-F5相同。为了验证一个变量的效果，在计算LCOE时，所有其他变量均固定。
图10.（a）其他文献中各种后处理的A和B值的变化（聚多巴胺（PDA）涂层（●，▲），聚乙烯醇（PVA）涂层（▼），使用NaOClaq溶液（◆，◀）和DMF活化（★，►）刻蚀选择性层。OHE系统中（b）功率密度和（c）LCOE随A和B变化的等高线图。建模基于表4所示的PBO-TFC-F5的结构参数。尝试使用最佳工作条件，如图9所示，但是，它不能使OHE系统在低A值和高B值区域内保持稳定状态。因此，仅通过将PRO回收率降低至40%进行建模。
图11.使用PBO-TFC-F5的2.5 MW OHE的LCOE及其与其他可再生技术的比较。
