一种新的纳米纤维夹层支持正渗透复合膜的设计

正向渗透(FO)是一种新兴的基于膜的技术，具有低能耗和低膜污染潜力，但缺乏高性能的FO膜阻碍了FO的大规模应用。一般来说，理想的高性能FO膜应具有高透水性、低透盐性、低结构参数(S值)、优异的防污性能和稳定的化学性能。其中，纳米纤维支撑的FO膜得到了普及。

由多孔基材和超薄聚酰胺(PA)选择性层组成的薄膜复合(TFC)FO膜显示出结构设计灵活性和卓越的渗透性和选择性。但是我们如何才能克服透水性和溶质选择性之间的“权衡”，同时最小化FO膜的整体S值呢?

此外，聚偏氟乙烯(PVDF)是一种具有重复单元的半结晶聚合物，由于其具有较强的机械性能和稳定的化学性能，被广泛用于制备用于水处理的膜材料。但是，我们如何通过界面聚合(IP)在具有大表面开孔的静电纺丝纳米纤维基材(PVDF)上制造无缺陷且坚固的PA分离层?最后，我们如何才能有效地缓解FO中的内部浓差极化(ICP)现象和膜污染?

为了回答这些问题，西北工业大学的田淼教授和毛涛博士及其团队成员共同合作，报告了双层结构PVDF纳米纤维支撑的TFCFO膜的设计。他们的研究结果揭示了污染物在膜表面的行为，为实际废水处理中高水通量和抗污染TFCFO膜的研发提供了理论依据。

这项研究发表在环境科学与工程前沿。

在这项研究中，通过静电纺丝成功地制造了一种分层的PVDF纳米纤维基材，其顶部具有超薄(~1µm)细纤维夹层(平均纤维直径为40-60nm)。使用IP在上述具有各种物理化学性质的纳米纤维基材上合成PA选择层。FESEM和AFM用于研究电纺纳米纤维夹层和干燥时间对固有分离FO性能的影响。

使用进料溶液(FS)和汲取溶液(DS)中的模型污垢(海藻酸钠和牛血清白蛋白)检查双层纳米纤维FO膜的分离性能。双层纳米纤维基材优于单层纳米纤维基材，并且在面向汲取溶液模式的活性层中使用1.5MNaCl对去离子水时显示出30.2LMH的通量。

在结垢试验中，在FS和DS都存在污垢的情况下，在不牺牲水/溶质选择性的情况下，有效地提高了水通量。此外，双层纳米纤维TFCFO膜在结垢测试和清洁过程中更加坚固。

这项研究证明了中间层在改进TFCFO膜中的重要性。中间层提高了PA层在长期操作和清洁过程中的选择性。总之，该研究为高通量抗污染TFCFO膜在实际废水处理中的研发提供了理论依据。