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膜材料的组成与结构决定着膜的选择分离性能,优化膜蒸馏(Membrane Distillation,MD)膜的材料选择与结构有望大幅提升MD过程的通量与稳定性。本工作基于碳纳米管构建了两种多级纤维复合(Hierarchical Fibrous Composite,HFC)膜,采用喷涂工艺将碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNTs)负载到商业化多孔疏水膜表面,构建由致密CNTs纳米纤维活性层与疏松微米纤维支撑层组成的多级纤维复合膜,系统研究了CNTs对复合膜在膜蒸馏过程中传质与传热的影响及作用机理,最后提出了理想的高通量且耐浸润的MD膜的结构特点及材料组成。本课题的关键研究内容和主要研究结果如下:(1)单侧喷涂CNTs制备具有非对称结构的ac HFC(Asymmetric structure of carbon nanotube coating on HFC membrane)膜及其渗透脱盐性能评价通过喷涂工艺,在商品化多孔疏水膜表面喷涂多壁碳纳米管(MWCNTs),制备了具有非对称结构的ac HFC复合膜。实验考察了CNTs的负载量、基膜孔径和基膜材料对ac HFC膜表面结构及其分离性能的影响。研究结果表明,最优CNTs沉积量与基膜孔径、基膜表面能之间存在最佳匹配关系,当基膜孔径越大,基膜表面能越低,所制ac HFC复合膜达到最高通量时所需的CNTs沉积量也越高。与聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride)膜和聚丙烯(Polypropylene)膜相比,CNTs在聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)膜表面的沉积密度最小,所赋予复合膜的比表面积最大,对复合膜通量提升的贡献最大,因此PTFE膜更适用于高性能ac HFC膜的制备。(2)双侧喷涂CNTs制备具有三明治对称结构的sc HFC(Symmetric structure of carbonnanotube coating on HFC membrane)膜及其渗透脱盐性能评价为进一步提升MD膜的通量与稳定性,在ac HFC膜的基础上,本论文对其膜结构进一步优化,以大孔PTFE膜为支撑层,在其两侧分别喷涂沉积等量CNTs,制备出具有三明治对称结构的sc HFC膜。研究结果表明,在DCMD过程中,在温差为40℃时,sc HFC膜的渗透通量最高达到52.3 LMH,在MD中可稳定运行50 h以上,显著优于ac HFC的通量与稳定性。结果还发现朝向低温渗透侧的CNTs与朝向高温进料侧的CNTs均具有降低膜面温差极化效应以及提升膜耐浸润性能的作用。此外,进料液温度越高,sc HFC膜的通量与稳定性相比于ac HFC膜与PTFE基膜更具优势。本文采用喷涂工艺在商品化多孔疏水膜表面喷涂沉积CNTs制备了具有非对称结构与对称结构的c HFC复合膜,发现CNTs在膜表面沉积有利于提升c HFC膜的比表面积和减弱温差极化效应,并提高膜的抗浸润性能。本文最后指出了理想的高通量且耐浸润的MD膜的材料组成及结构特点,为高性能MD膜的制备提供了指导与借鉴。