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随着全球水资源短缺加剧，膜蒸馏（MD）处理高盐废水潜力巨大，但矿物结垢和有机污染阻碍其应用。研究人员制备 hBN/rGO-PVDF 复合膜，该膜使纯水通量增 17.4%、结垢率降 92%、有机污染率降 57 - 80%，为 MD 技术发展提供新思路。
在全球工业化浪潮的推动下，水资源短缺问题愈发严峻。大量高浓度废水的产生，让传统水处理方法捉襟见肘。膜蒸馏（MD）技术，凭借能在温和温度下处理高盐废水、产出优质淡水，甚至实现废水深度浓缩或零排放的优势，成为解决水资源困境的希望之星。然而，MD 技术在实际应用中却遭遇了 “拦路虎”—— 矿物结垢和有机污染。
矿物结垢主要由 CaSO4、NaCl 等矿物质沉淀引发，在膜表面快速堆积，不仅降低渗透通量，还可能破坏膜的完整性。尤其在盐水淡化过程中，高浓度系数和饱和指数的环境下，结垢问题更为严重。而异质形核作为结垢过程的限速步骤，一旦离子形成的预成核簇作为晶体生长的种子，后续晶体的生长和聚集便会形成致密层，严重阻碍传质，让 MD 技术的效能大打折扣。有机污染同样不容小觑，它会影响膜的性能，缩短膜的使用寿命。
面对这些难题，为了推动 MD 技术的广泛应用，有研究人员开展了关于制备新型复合膜以提升 MD 抗垢性能的研究。他们成功制备出基于 hBN/rGO（还原氧化石墨烯）异质结构的 PVDF（聚偏氟乙烯）复合膜。研究结果令人振奋：该复合膜相较于 PVDF 膜，纯水通量显著提升 17.4%，结垢率大幅降低 92%，有机污染率也降低了 57 - 80%。这一成果为 MD 技术在处理高盐废水方面带来了新的希望，有望解决高效耐用的海水淡化技术的迫切需求，对缓解全球水资源危机具有重要意义，该研究成果发表在《Desalination》上。
研究人员在研究过程中采用了多种关键技术方法。首先，通过水热过程制备 hBN/rGO 异质结构，接着利用聚电解质介导技术将其整合到疏水膜表面，制备出 hBN/rGO-PVDF 复合膜。此外，运用 XDLVO 理论和密度泛函理论（DFT）计算，揭示 hBN 与水分子的相互作用以及复合膜抗垢的内在机制。
制备 hBN/rGO-PVDF 复合膜
研究人员通过简单的两步法制备 hBN/rGO-PVDF 复合膜。先进行材料的共价交联，再利用静电相互作用与聚电解质络合，确保 hBN 和 rGO 均匀分散在 PVDF 膜表面，形成稳定的异质结构。透射电镜（TEM）图像显示，hBN 虽尺寸较小，但存在聚集现象并部分堵塞膜孔。
复合膜的抗结垢和抗污染性能
实验表明，在饱和 CaSO4溶液测试中，hBN/rGO-PVDF 膜展现出卓越的抗结垢性能，结垢率相比 PVDF 膜降低 92%，纯水通量提高 17.4%。在有机污染测试方面，与原始 PVDF 膜相比，该复合膜的有机污染率降低 57 - 80%。
抗垢性能的理论分析
通过 XDLVO 理论和 DFT 计算，研究发现 hBN 与水分子的相互作用强于石墨烯。hBN 独特的电子构型，其固有极性和各向异性电荷分布形成界面电场，有效破坏结垢形核，并为污染物附着创造能垒，这便是 hBN/rGO 异质结构协同抗垢性能的来源。
研究制备出的 hBN/rGO-PVDF 复合膜，为解决膜蒸馏中的结垢和污染问题提供了创新方案。该复合膜不仅提升了纯水产量，还显著降低了结垢和污染率。无机结垢率与 zeta 电位和极性表面张力相关，有机污染方面也有良好表现。此研究为开发高性能抗垢膜提供了新视角，有望在大规模工业膜蒸馏应用中发挥重要作用，推动水资源处理技术的进步，缓解全球水资源短缺困境。
