【摘 要】
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太阳能为可持续海水淡化、缓解世界水资源短缺问题带来了巨大的希望。近年来,太阳能蒸发器因太阳能的高利用率而受到人们的广泛关注,然而,由于缺乏有效的蒸气凝结和清洁水收集系统,其蒸气收集效率低。近年来,一种新的光热膜蒸馏（MD）工艺应运而生,实现了简单和高效的清洁蒸气产生、冷凝和收集一体化。将光热材料整合到膜上制备出功能性MD膜,可以充分利用太阳能,通过光热效应实现膜-进料侧界面的局部加热,为蒸气传输提
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太阳能为可持续海水淡化、缓解世界水资源短缺问题带来了巨大的希望。近年来,太阳能蒸发器因太阳能的高利用率而受到人们的广泛关注,然而,由于缺乏有效的蒸气凝结和清洁水收集系统,其蒸气收集效率低。近年来,一种新的光热膜蒸馏（MD）工艺应运而生,实现了简单和高效的清洁蒸气产生、冷凝和收集一体化。将光热材料整合到膜上制备出功能性MD膜,可以充分利用太阳能,通过光热效应实现膜-进料侧界面的局部加热,为蒸气传输提供高效的跨膜温度梯度,有效地解决了传统MD工艺的高耗能、热损失和温差极化等问题,成为近年来膜蒸馏领域的重要研究方向。本文基于静电纺丝及静电纺丝衍生技术,以具有极低表面能的聚四氟乙烯（PTFE）为原料,结合炭黑（CB）的光热性能,分别借助纳米掺杂技术与层层复合技术,制备了兼具稳定高通量与优异截盐率的超疏水CB/PTFE光热纳米纤维膜以及CB-PVA/PVDF/PTFE光热复合膜,为新型PTFE基光热膜蒸馏用膜的开发提供新思路。具体研究内容如下:（1）采用静电溶吹技术,在PTFE纺丝液体系中引入CB,结合焙烧工艺（390℃）,制备了CB/PTFE复合纳米纤维膜。其中CB的添加量为2%时,综合性能较佳,膜呈现粗糙的纳米纤维和微球结构,纤维均匀,微球大小适中,其粗糙度为4.07±0.33μm,静态接触角为161.0±2.6°,滚动接触角为7.7±1.5°,达到了超疏水特性;在240～2600 nm波段内的平均吸光率高达99.97%,在1 k W m-2光照强度照射下,CB/PTFE复合膜表面温度相对纯PTFE膜提高了13℃,表现出优异的光吸收和光热转化性能,渗透通量为1.42 L·m-2·h-1,截盐率在99.99%以上。（2）基于静电纺丝技术和层层复合工艺,以CB/PVA作为亲水光热层、PVDF作为中间粘结层、PTFE作为疏水基层,成功制备出CB-PVA/PVDF/PTFE亲/疏水光热复合膜。当CB添加量为15%时,纤维整体形貌良好,并具有优异的光吸收和光热转化能力,在240～2600 nm波长范围内平均吸光率可达到99.96%,在1 k W·m-2光照强度下,复合膜表面温度相对纯PVA膜提高了22.9℃,膜稳定后通量可达1.51 L·m-2·h-1,截留率为99.99%以上。CB/PVA亲水光热层具有良好的亲水性,与污染物之间易形成水化层,进行抗污性能测试和SEM表征,与纯PTFE膜相比,CB-PVA/PVDF/PTFE膜对含污染物的进料液表现出良好的抗污性能,可保持较高的水通量和截留率,表明具有疏水衬底和亲水表层的复合膜在MD膜中具有强大的抗污染能力,在处理高盐度污染废水方面具有很大的潜力。
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