采用Fe3O4-PANI-FAS涂层的全疏水膜进行感应加热膜蒸馏：抗润湿、防污性能及机理研究

《npj Clean Water》：Induction-heated membrane distillation using Fe3O4-PANI-FAS-coated omniphobic membranes: antiwetting, antifouling, and mechanistic insights

　　

摘要

膜蒸馏（MD）为处理高盐度和复杂废水提供了一种有前景的方法；然而，其实际应用常常受到膜润湿、无机结垢和有机污染的阻碍。在这里，我们报道了一种基于全疏水Fe?O?/PANI/FAS膜的感应加热膜蒸馏（IH-MD）平台，该平台结合了局部热管理和先进的表面设计。这种具有凹形表面几何结构和低表面能的层次结构有效抑制了液体的侵入并减少了污染物的附着，同时保持了快速的界面加热速率（约2.0 °C·s?1）。COMSOL模拟进一步表明，蒸发过程中潜热的消耗显著影响界面温度和蒸汽通量的预测，这突显了在感应加热膜蒸馏中考虑实际热传递过程的重要性。与Fe?O?/PANI膜相比，全疏水Fe?O?/PANI/FAS膜在多种具有挑战性的条件下表现出更强的操作稳定性，包括表面活性剂引起的润湿、基于钙的结垢、有机污染以及复杂的反渗透（RO）渗余液。在含有表面活性剂的系统中，该膜保持了稳定的通量和较低的渗透电导率（约3 μS·cm?1），而非改性的膜则出现了严重的润湿现象（约12,000 μS·cm?1）。在无机结垢条件下，含钙和硫物种的沉积减少，表明晶体成核和附着受到抑制。在有机污染条件下的长期运行（5小时）进一步证实了通量稳定性的提升。在复杂的RO渗余液中，与未改性的膜相比，全疏水膜的多价离子（如钙和硫）积累明显减少，表明其在多组分条件下对无机沉积的抵抗力更强。这些发现表明，将全疏水表面工程与局部感应加热相结合，可以协同抑制润湿、结垢和污染，为复杂水处理应用中的高效节能膜蒸馏操作提供了一条途径。

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