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膜蒸馏(MD)是一种以多孔疏水膜为分离屏障的新兴热驱动膜分离技术，在海水淡化领域应用前景广阔。然而，MD的工业化放大亟需解决膜稳定性欠佳、通量较低和膜材料选择范围窄等关键问题。针对上述问题，本论文从影响MD膜性能的膜表面结构和性质入手，重点研究了多孔疏水表面的构建与优化，并考察了所制分离膜的MD脱盐性能及其传质与传热过程。 (1)基于改性碳纳米管(CNT)材料在聚偏氟乙烯(PVDF)微滤膜上构建了稳定的多孔超疏水分离层。通过辐照接枝醋酸乙烯酯有效解决了CNT团聚和涂层稳定性的问题。发现接枝度对改性CNT涂层的形貌结构、稳定性以及CNT/PVDF复合膜的MD脱盐性能影响显著。接枝度为7.2％时，复合膜具有稳定的MD脱盐能力，且膜通量与脱盐率明显优于文献报道的同类膜性能。 (2)通过等离子体刻蚀-含氟单体浸泡-等离子体接枝的方法在商品化聚丙烯腈（PAN）超滤膜上构建了稳定的多孔疏水分离层，制备的改性PAN膜具备优异的MD脱盐性能。所提出的膜表面多孔疏水层的构建方法简便、易行、可控，扩展了MD膜的基材选择范围，具有良好的过程放大前景。 (3)通过喷涂疏水化的聚醚砜(PES)在亲水膜上构建了稳定的多孔疏水表面，制备了高通量、耐润湿性强的MD用膜。采用优化条件下制备的改性PES膜对70℃的3.5 wt％ NaCl溶液进行脱盐处理，80小时测试周期内真空膜蒸馏(VMD)通量维持在50 kg m-2 h-1左右，脱盐率稳定在99.98％以上。 (4)研究了VMD传质与传热过程，获得了适用于本实验膜组件的传热经验公式，对膜的VMD通量进行了有效预测，并探讨了VMD操作条件对自制的改性PES膜脱盐性能的影响。采用该膜通过VMD浓缩反渗透(RO)海水淡化的浓水，将6.5wt％的RO浓水进一步浓缩至24.5 wt％; RO-VMD耦合海水淡化过程的水回收率超过85％。