近日，国际化工Top期刊Journal of Membrane Science发表了分离膜与膜过程国家重点实验室、生物化工研究所赵丽华博士、吕晓龙教授、武春瑞副研究员等的论文，题为“Flux enhancement in membrane distillation by incorporating AC particles into PVDF polymer matrix”的文章。该文章基于有机无机杂化膜的优点，制备了多孔活性炭（AC）填充型PVDF中空纤维疏水膜。
无机粒子填充型有机/无机杂化膜具有制备方法简单、条件温和、简便易行等突出特点，近些年来，已成为聚合物膜改性的主要方法之一。目前许多研究学者制备了疏水型有机/无机杂化膜以提高膜蒸馏用膜的性能。研究中所用的无机填充剂多为无孔添加剂，如clay、CaCO3、SiO2等，但是，由于添加的无机粒子均为无孔结构，这些无孔的添加粒子并不能直接提供传质通道来增加传质通量，因此对通量的提高是有限的。在此研究中采用非溶剂致相分离法（NIPS），将各向同性的疏水、多孔的无机粒子——活性炭（AC），加入到聚偏氟乙烯（PVDF）的铸膜液中，制备了PVDF/AC中空纤维疏水杂化膜，并将其用于真空膜蒸馏（VMD）实验。
图1. 纺制的纯PVDF和PVDF/AC中空纤维膜及其VMD测试组件
众所周知，AC是一种多孔性的含炭物质，它具有高度发达的孔隙构造，内部有发达的孔隙结构和丰富的微孔组织。在VMD实验中，由于AC的吸附-解吸附作用一部分水蒸气沿着AC粒子表面的界面孔快速地通过杂化膜，还有相当一部分的水蒸气分子直接通过AC粒子自身的内部孔道结构进行快速传质。AC粒子的强吸附作用、AC粒子与膜基体间的界面孔以及AC的自身孔道结构直接提供水蒸气传质通道，三重作用将会大大提高膜的传质通量。所制备的复合膜机械性能良好，疏水性增强，渗透性能提高，VMD通量高、产水更加纯净并且长期运行稳定性良好。膜蒸馏性能高于诸多文献报道。
图2. 膜蒸馏过程中水蒸气分子透过PVDF/AC杂化膜传质机理
该研究工作得到了国家自然科学基金、天津市海洋局科技兴海项目、天津市应用基础与前沿技术研究计划（重点项目）等基金的支持。
文章链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376738815303094