PDMS/TiO2复合改性PVDF膜的制备及其在光催化膜蒸馏中的应用研究

本文创新性地结合浸渍涂覆（dip-coating）和喷涂技术（spray coating），成功将聚二甲基硅氧烷（PDMS）和二氧化钛（TiO2）负载于PVDF膜表面，赋予其光催化性能。研究证实，10% PDMS改性使接触角超124°，1.5% TiO2实现85%亚甲基蓝降解率，真空膜蒸馏（VMD）中盐截留率达90%以上，为功能性膜材料开发提供新策略。

　　

引言

膜蒸馏（MD）技术因低能耗和抗污染特性成为水处理领域的研究热点，其中真空膜蒸馏（VMD）凭借高渗透通量和热效率优势备受关注。研究团队通过创新性组合浸渍-喷涂技术，在PVDF膜表面构建PDMS/TiO₂复合层，旨在同步实现膜疏水改性和光催化功能化。

材料与方法

材料选择：采用0.22μm亲水性PVDF基膜，以PDMS（Sylgard 184）为疏水剂，302.3nm粒径TiO₂为光催化剂。改性工艺分两步：先以5%-10% PDMS/己烷溶液浸渍并120℃固化，再喷涂1%-1.5% TiO₂的乙醇/水（4:1）悬浮液。表征手段涵盖孔隙率分析、接触角测量、扫描电镜（SEM）及X射线衍射（XRD）。

结果与讨论

形态学特征：SEM显示PDMS浓度增至10%时，膜孔尺寸缩小43%，TiO₂颗粒呈局部聚集态。XRD证实TiO₂特征峰（26.6°、62.6°）和PDMS无定形峰（11.9°）共存。疏水性能：所有改性膜接触角均>124°，但TiO₂的引入使角度略有下降，归因于其固有亲水性。

光催化效能：1.5% TiO₂样品实现91.3%亚甲基蓝降解率，但PDMS浓度提升会轻微抑制光催化活性——10% PDMS样品效率降至85.5%，推测与PDMS层阻碍TiO₂/水分子接触有关。

VMD表现：盐截留率稳定>90%，但通量（0.6-3.0 L/m²h）显著低于文献值。值得注意的是，PDMS浓度对通量影响显著（10% PDMS样品通量最低），而TiO₂负载量无统计学差异。持续运行中，高PDMS膜（10%）出现45%通量衰减，与盐浓度极化效应相关。

结论

该研究成功开发出兼具光催化与分离功能的复合膜，PDMS浓度主导膜孔结构和通量特性，TiO₂含量决定光催化效率。创新性的两步改性法为多功能膜材料制备提供技术参考，未来可通过优化TiO₂分散性进一步提升性能。