亲水性PAN和疏水性PVDFATO双层膜的构建及其应用

　　天津工业大学黄庆林赵健J。Membr。Sci。：亲水性PAN和疏水性PVDFATO双层膜的构建及其在太阳能膜蒸馏技术中的应用
　　DOI：10。1016j。memsci。2021。119500
　　太阳能膜蒸馏是一种很有前途的低成本海水淡化和水净化技术。采用连续静电纺丝技术制备了一种由聚丙烯腈（PAN）纳米纤维层与聚偏氟乙烯（PVDF）和氧化锑锡（ATO）复合而成的新型光热转换膜（PVDFATOPAN纳米纤维膜）。通过显微镜观察和接触角测量对亲水性PAN和疏水性PVDFATO双层膜进行了研究。热成像系统证实了在太阳光驱动下膜表面层（PVDFATO）的原位温度升高。PAN层为高效膜蒸馏的水流提供了水传输通道，避免了剧烈蒸发过程中的盐析现象。借助亲水性PAN层，该PVDFATOPAN纳米纤维膜可以实现高效的局部传热，蒸发速率为0。93kgm2h1，在低成本海水淡化和可扩展水净化方面显示出巨大的潜力。
　　图1。太阳能膜蒸馏实验室制备装置
　　图2。具有不同ATO含量的膜的物理性质和海水淡化性能：（a）纳米纤维膜厚度，（b）接触角（插图：ATO含量分别为0wt至7wt），（c）膜表面的稳态温度（1kWm2），（d）蒸发率和相应的太阳能效率（1kWm2）
　　图3。（ab）照片分别显示了PVDFATOPAN纳米纤维膜的PAN表面（底部）和PVDFATO表面（顶部），（cd）膜的PVDFATO表面和PAN表面的SEM（2000）、（f）膜的横截面图像（2000），（g）PVDFATO层上O、Sb和Sn元素的EDS光谱
　　图4。PVDFATOPAN纳米纤维膜在干湿条件下的力学性能
　　图5。原始PAN、PVDFATOPAN纳米纤维膜的太阳能吸收光谱和太阳能密度
　　图6。PVDFATOPAN纳米纤维膜的光热性能
　　图7。PVDFATOPAN纳米纤维膜在太阳蒸发试验过程中随时间推移的表面温度：（a）纯净水和PVDFATOPAN纳米纤维膜在1kWm2太阳光照射下的热图像；（b）随光照时间增加的膜表面温度；（c）PVDFATOPAN纳米纤维膜蒸发器垂直方向的温度曲线
　　图8。PVDFATOPAN纳米纤维膜的工作机理
　　图9。不同膜的膜蒸馏性能以及PVDFATOPAN纳米纤维膜的海水淡化性能
　　图10。在太阳光照射下，PVDFATOPAN纳米纤维膜利用太阳能产生蒸汽的性能
　　图11。不同光学浓度下海水的膜蒸馏性能：（a）膜表面温度变化，（b）海水蒸发率和太阳能效率
　　图12。PVDFATOPAN纳米纤维膜的循环稳定性试验：（a）14天内的海水蒸发率，（b）工作1天和14天后海水蒸发导致的质量变化，（c）不同清洗周期下的蒸发率，（d）工作1天和14天后的太阳能吸收率
　　图13。循环试验后PVDFATOPAN纳米纤维膜的SEM图：（ac）PAN层（a：2000，b：100，c：2000，a和c部分放大）；（de）PVDFATO层（e：2000，f：5000）；（f）横截面图；（g）洗涤后的PAN层；（h）洗涤后的PVDFATO层；（i）洗涤后的横截面图
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