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为解决 DCMD 过程中膜易润湿、通量与分离效率不足等问题，研究人员通过 VIPS 工艺制备烷基修饰纳米颗粒改性 PVDF 膜。该膜孔径 0.27μm、水接触角 162°，在多种溶液中 rejection 超 95%、通量 24-25 LMH，兼具抗润湿、抗结垢性，为水处理提供新方案。
膜蒸馏技术作为一种高效的分离方法，在水处理领域备受关注。直接接触膜蒸馏（DCMD）通过疏水多孔膜两侧的温度差驱动蒸汽传递，实现盐分、污染物与水的分离，在海水淡化、重金属回收、核废水处理等领域展现出广阔应用前景。然而，该技术面临两大核心挑战：一是膜材料需具备高疏水性以抵御溶液渗透导致的 “润湿” 现象，二是如何在保证高分离效率的同时维持稳定通量。传统聚偏氟乙烯（PVDF）膜虽具备一定疏水性，但单一材料的水接触角（WCA）和液体进入压力（LEP）有限，且在复杂水质（如含全氟化合物、高盐卤水）中易出现结垢或性能衰减。此外，多数膜制备工艺依赖有毒溶剂（如 N - 甲基 - 2 - 吡咯烷酮，NMP），环保性不足，限制了实际应用。
为突破上述瓶颈，研究人员开展了以 “蒸汽诱导相分离（VIPS）法制备烷基修饰纳米颗粒改性 PVDF 膜及其在多用途膜蒸馏中的应用” 为主题的研究。通过引入绿色溶剂磷酸三乙酯（TEP）替代传统有毒溶剂，并将十八烷基修饰的二氧化硅纳米颗粒（OTS-SiO? NPs）与 PVDF 共混，构建兼具超疏水性与高稳定性的复合膜材料。该研究成果发表在《Desalination》，为高效环保型膜材料的开发提供了新思路。
研究采用的关键技术方法包括：
- 纳米颗粒改性：通过 OTS 对 SiO? NPs 进行表面烷基化修饰，利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和接触角测试验证修饰成功，使纳米颗粒表面疏水性显著提升。
- VIPS 膜制备：将改性纳米颗粒与 PVDF 溶于 TEP 中制得铸膜液，通过调控蒸汽诱导相分离参数（如非溶剂蒸汽暴露时间、相对湿度），形成具有特定孔径（0.2-0.4μm）和孔隙率的膜结构。
- DCMD 性能测试：在进料温度 60°C、跨膜温差 35°C 条件下，测试膜对合成海水（35g/L NaCl）、浓盐水、真实海水及 30ppm 全氟辛酸（PFOA）溶液的分离性能，监测通量、截留率、抗润湿能力（添加表面活性剂 SDS）及长期稳定性（70 小时连续运行）。
膜结构与性能表征
通过优化 VIPS 工艺参数，制得的 PVDF/OTS-SiO?复合膜表现出理想的物理特性：平均孔径 0.27μm，水接触角 162°，液体进入压力（LEP）显著提升，满足 DCMD 对膜孔径（0.2-0.4μm）和超疏水性的要求。相较于传统 VIPS 膜（如前期研究中使用 NMP 溶剂制得的膜孔径 > 0.65μm、WCA 较低），复合膜通过纳米颗粒的引入实现了表面粗糙度与疏水性的协同增强，为高选择性分离奠定基础。
多场景分离性能评估
在合成海水（35g/L NaCl）测试中，膜的截留率达 99.99%，通量稳定在 24-25 LMH；处理浓盐水和真实海水时，截留率分别为 99.99% 和 99.93%，通量无显著下降，表明其对复杂水质的适应性。针对新兴污染物 PFOA（30ppm），截留率 > 95%，显示出对低浓度有机污染物的有效去除能力。对比现有文献报道，该膜的通量与截留率性能优于多数同类材料（如 Peng 等制备的 VMD 膜通量 7 LMH、Su 等的 DCMD 膜通量 > 17 LMH），体现出显著优势。
抗润湿与抗结垢性能
向进料液中添加高达 0.3mM 的十二烷基硫酸钠（SDS）表面活性剂后，膜的通量与截留率保持稳定，表明其强抗润湿能力。连续运行 70 小时的长期稳定性测试中，未观察到因溶质异相成核导致的膜表面结垢现象，证实了复合膜在高盐环境下的结构稳定性。这一特性归因于纳米颗粒修饰形成的粗糙表面增强了 “荷叶效应”，减少溶质附着，同时 TEP 溶剂体系促进了更均匀的膜孔结构形成。
结论与意义
本研究通过 VIPS 工艺成功制备了烷基修饰纳米颗粒改性 PVDF 超疏水膜，解决了传统 DCMD 膜在疏水性、稳定性和环保性方面的多重挑战。研究表明，该膜在多场景水处理中兼具高分离效率（截留率 95%-99.99%）、稳定通量（24-25 LMH）及抗恶劣条件能力（抗润湿、抗结垢），且制备工艺简单、溶剂环境友好，为海水淡化、工业废水处理及新兴污染物去除提供了创新解决方案。未来可进一步拓展该膜在核能、化工等高难度水处理领域的应用，推动膜蒸馏技术的实际产业化进程。
研究首次通过绿色溶剂体系与纳米颗粒改性的协同策略，实现了 DCMD 膜性能的全面提升，为高性能膜材料的设计提供了普适性思路。其成果不仅深化了对蒸汽诱导相分离机制的理解，更通过多维度性能验证，确立了 VIPS 工艺在膜制备领域的竞争力，有望引领高效环保型膜技术的发展方向。
