基于延伸弯曲钛酸盐纳米管/交联网络聚乙烯醇复合膜的渗透蒸发脱盐性能优化研究

针对混合基质膜中聚合物与填料界面相容性差及纳米管聚集等问题，研究人员通过设计延伸弯曲钛酸盐纳米管(TNTs)与交联聚乙烯醇(cPVA)的三维网络结构，成功制备出高性能cPVA-TNTs复合膜。该膜在40°C处理3.5 wt% NaCl溶液时实现5.65 kg·m?2·h?1的水通量和99.95%的脱盐率，为渗透蒸发(PV)脱盐技术提供了新型膜材料解决方案。

　　

随着全球水资源短缺问题日益严峻，膜法脱盐技术因其高效、节能的特点成为研究热点。传统反渗透(RO)技术虽占据主导地位，但其高能耗限制了在浓盐水处理中的应用。渗透蒸发(PV)技术凭借低能耗、处理高盐度废水的优势崭露头角，但核心挑战在于开发兼具高选择性和高通量的膜材料。混合基质膜(MMMs)通过结合聚合物加工性能与无机填料分子筛分特性，被视为突破"渗透性-选择性权衡效应"的关键，然而填料分散不均、界面缺陷等问题长期制约其性能提升。

福建理工大学的研究团队在《Desalination》发表创新成果，提出通过构建延伸弯曲钛酸盐纳米管(TNTs)与交联聚乙烯醇(cPVA)的三维网络结构来解决这一难题。区别于传统碳纳米管(CNTs)，TNTs具有天然亲水性、开放离子通道和成本优势，但其短尺寸限制网络形成。研究人员通过精确调控水热合成条件，成功制备出具有微米级长度和弯曲形态的TNTs，并创新性地将其嵌入PVA基质形成贯穿式传质通道。

研究采用水热合成、溶液浇铸和交联改性等关键技术，系统考察了TNTs含量对膜结构与性能的影响。通过ATR-FTIR分析化学结构，SEM观察形貌特征，XRD测定结晶行为，结合渗透蒸发测试评估脱盐性能。

【化学结构表征】ATR-FTIR证实TNTs与PVA通过氢键相互作用，MA交联剂成功构建三维网络。XRD显示TNTs的(200)和(003)晶面间距分别为0.78 nm和0.31 nm，其层状结构为离子传输提供通道。

【形貌调控】SEM揭示1.5 wt% TNTs负载时形成理想的分级多孔结构，弯曲纳米管相互缠绕构成贯穿通道，长度达微米级，远超常规TNTs的纳米尺寸。

【脱盐性能】最优膜在40°C处理3.5 wt% NaCl溶液时，水通量达5.65 kg·m^?2·h^?1，盐截留率99.95%。机理研究表明，弯曲结构增加传质路径曲折度，延长水分子停留时间，而开放通道加速离子传输。

该研究突破传统纳米管尺寸限制，首创"延伸弯曲结构+三维网络"协同策略，为设计高性能脱盐膜提供新思路。相比CNTs基膜，TNTs成本降低80%且无需表面改性，其工业应用潜力显著。未来可通过调控TNTs曲率半径进一步优化传质效率，这项由福建省科技计划项目(GY-Z19040)资助的成果，为废水零排放和海水淡化提供了经济高效的膜材料选择。