新型全疏性聚丙烯膜的制备及其在油气田产出水高效直接接触式膜蒸馏中的应用

本研究通过两步改性工艺制备了具有优异抗润湿和抗污染性能的全疏性（omniphobic）聚丙烯（PP）膜，用于高盐含油废水（produced water, PW）的直接接触式膜蒸馏（DCMD）。该膜通过喷涂胺功能化二氧化硅（NH2-SiO2）纳米颗粒（NP）与环氧树脂复合涂层，并经氟化硅烷（PFDTES）修饰，实现了>120°的接触角和>99.99%的盐截留率，在50小时连续运行中展现出71%的产水回收率，为复杂工业废水的膜法处理提供了新策略。

　　

Highlight

本研究创新性地通过两步法构建了全疏性聚丙烯（PP）膜：首先采用喷涂工艺将胺功能化二氧化硅（NH₂-SiO₂）纳米颗粒与环氧树脂复合涂层锚定在热致相分离（TIPS）法制备的PP基底上，随后通过氟化硅烷（PFDTES）修饰降低表面能。该设计巧妙利用环氧树脂的粘附特性与胺基-环氧基共价交联，实现了纳米颗粒的稳定固定，避免了传统化学活化对膜疏水性的破坏。

材料表征

傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和X射线光电子能谱（XPS）证实了NH₂-SiO₂的成功功能化（图2A）。扫描电镜（SEM）显示0.5-0.75 wt.% NP浓度下形成的分级粗糙结构（图3D），能量色散X射线光谱（EDX）检测到均匀分布的Si和F元素（图4C），协同赋予膜表面超疏特性。

性能验证

在含盐（3.5 wt.% NaCl）、油类（200 ppm十六烷）和表面活性剂的模拟PW中，改性膜展现卓越稳定性：接触角>120°，液体进入压力（LEP）提升3倍，50小时DCMD运行中盐截留率>99.99%，而原始PP膜13小时内即润湿失效（图7B）。实际油田PW处理实验进一步证实其产水回收率达71%，显著优于现有文献报道的PVDF基膜。

结论

该工作突破了PP基底化学惰性对表面改性的限制，开发出可规模化制备的全疏性膜，为高盐含油废水的资源化处理提供了兼具成本效益和耐久性的解决方案。