导读：海水淡化技术是解决淡水危机有希望的解决方案。本文制备的复合膜的水通量可以达到26.7 kg m –2 h –1，在70°C下，对于3.5 wt％的NaCl水溶液，盐分截留率为99.99％，在高盐海水或水溶液的渗透蒸发脱盐中具有广阔的应用前景。
淡水危机是我们社会的主要挑战之一，解决该问题有希望的解决方案是海水淡化技术。当前，反渗透（RO）是一种在许多实际应用中基于膜的主要技术，用于生产淡水，具有许多优点，例如处理能力大，操作简便，无需加热等。然而，克服海水的渗透压消耗大量能量并且导致严重的膜污染和降解。在过去的几十年中，渗透蒸发在各种应用中引起了越来越多的关注，包括有机物的脱水，有机物的回收以及分离。由于渗透蒸发技术在能源效率和易于操作方面的优势，因此正在对其进行深入研究。它可以处理RO系统以外的高盐度海水。此外，渗透蒸发的优势包括阻隔痕量挥发性有机物以产生纯净水，这很难通过反渗透或直接蒸发工艺实现。尽管在渗透蒸发过程中发生了相变，但所需温度并不高。因此，在此过程中可以利用少量热能甚至太阳能，从而使渗透蒸发在大规模应用中更加实用。
成功实现全蒸发脱盐的关键在于高质量的膜，该膜可提供高通量和理想的盐去除率。迄今为止，已经研究了由包括有机聚合物，聚合物混合基质和无机材料在内的各种原材料制成的膜，以获得高脱盐效率。近年来，氧化石墨烯（GO）已广泛用于与水有关的过程中。GO由于其规则的层间结构和对水分子的低摩擦传输能力，是制备高通量全蒸发膜的理想选择。但是，由于GO片材上存在羟基，羰基，环氧基等含氧官能团，因此所得GO膜容易在水溶液中溶胀，破坏了规则的层间结构，因此阻隔性能不佳。
近日，天津大学Baoquan Zhang教授（通讯作者）课题组制备了聚酰胺（PA）-氧化石墨烯（GO）复合膜以增强高盐溶液的渗透蒸发脱盐。薄条状结构的PA层通过界面聚合反应在基础GO膜上形成，这增强了膜表面的亲水性，并为水分子的富集和渗透提供了更多的活性位点。这种膜的水通量可以达到26.7 kg m –2 h –1，在70°C下，对于3.5 wt％的NaCl水溶液，盐分截留率为99.99％。当进料盐浓度增加到10 wt％时，水通量可以保持较高水平（约24.0 kg m –2 h –1）并具有理想的离子排斥（99.99％）。此外，在制备的PA-GO复合膜的长期测试中，优异性能可以稳定保持。所有结果表明，该研究制备的PA-GO复合膜在高盐海水或水溶液的渗透蒸发脱盐中具有广阔的应用前景！相关研究工作以“Facile Preparation of Polyamide−Graphene Oxide Composite Membranes for Upgrading Pervaporation Desalination Performances of Hypersaline Solutions”为题发表在国际着名期刊《Ind. Eng. Chem.Res. 》上。
论文链接：
/doi/full/10.1021/acs.iecr.0c01417
图1. 通过压力辅助超滤并随后进行界面聚合来制备PA-GO复合膜
图2. a）GO和PA-GO复合膜的FT-IR光谱和（b）XRD图
图3GO膜（a，b）和PA-GO复合膜（c，d）的顶部和断面FESEM图像
图4 3.5 wt％NaCl水溶液，GO层厚度对PA–GO复合膜的渗透蒸发性能的影响
图5 对于3.5 wt％的NaCl水溶液，进料温度对PA–GO复合膜渗透蒸发性能的影响。
图6 PA–GO复合膜在70°C下对3.5 wt％NaCl水溶液的长期渗透蒸发性能测试
综上所述，在PA和GO层的协同作用下，实现了脱盐性能的显着提升。随着进料温度（30–70°C）的升高，水通量持续上升，3.5 wt％NaCl水溶液的除盐率为99.99％。在70°C下，水通量为26.7 kg m –2h –1，并且有超高阻隔率。当进料盐浓度增加到10 wt％时，仍然有高水通量24.0 kg m –2h –1，除盐率达到99.99％，证明了PA–GO复合膜在处理高盐度海水中的潜力。而且，在长期测试中可以稳定地保持优异的脱盐性能。（文：嘉一）
