文章重要内容

       天津工业大学武春瑞团队针对常规混合基质膜中纳米粒子与膜材料相容性不足、运行过程粒子脱落等导致膜孔均一性、膜结构稳定性不足等问题，通过溶解同步功能化、羟基诱导相分离策略调控PVDF相分离成膜，在改善膜孔结构均一性的同时促进PVDF结晶转变构建出适用于膜蒸馏的微/纳米球粒粗糙结构，有效提升了PVDF膜的抗润湿性能和运行稳定性。

文章背景

     以疏水性微孔膜为分离介质的膜蒸馏技术可高效去除非挥发性溶质并优先回收挥发性组分，是高危害水体深度处理与资源化的重要方法。然而，常规疏水膜材料本身的疏水性不足、孔径分布较宽导致的膜润湿问题始终是影响膜蒸馏产水质量、效率、稳定性与寿命的关键。在膜表面构建微/纳米凸起结构以增加表面粗糙度，可在膜蒸馏过程中于膜表面与料液间形成空气垫，从而显著减少有效固-液接触面积，延缓膜润湿过程；均孔膜结构在提升膜通量的同时可有效缓解膜润湿问题。近年来，负载多羟基纳米粒子的PVDF混合基质膜在膜蒸馏研究中展现出巨大的应用潜力，通过向铸膜液中加入多羟基纳米粒子来制备疏水微孔膜，利用其与PVDF的氢键作用可提升结晶率并诱导晶型转变，构建出膜整体微/纳米粗糙结构，为膜蒸馏提供了一种简单有效的表面与孔隙微结构构建方案。但如何充分发挥相关基团、分子链与膜材料间的界面作用，促进疏水微结构形成，同时解决相关微粒疏水性不足、易团聚问题，仍是疏水膜微结构调控的技术难题。

文章概述

     最近，天津工业大学武春瑞团队为解决纳米粒子的团聚及其与膜材料聚合物之间的表界面结合问题，优化膜表面及孔结构特征，同步提升膜材料疏水性、膜孔均匀性，建立一种溶解同步功能化、羟基诱导相分离的PVDF疏水膜制备方法(图1)。在膜材料溶解过程中，通过水解缩合反应将全氟辛基三乙氧基硅烷接枝于纳米FeOOH表面，形成表面富含羟基和氟烷基链的氟化羟基氧化铁(F-FeOOH)，调控PVDF分子链构型协同相分离成膜。氟烷基链的存在赋予了F-FeOOH良好的疏水性的同时解决了多羟基纳米粒子的团聚问题(图2a)；F-FeOOH 表面羟基与PVDF的C-F键形成C-F···H-O相互作用力，造成类似交联的结构的同时有效促进PVDF分子链的晶型转变，优化膜表面及孔结构特征，形成适用于膜蒸馏的微/纳米疏水结构(图2b, 2c)。

图1 NIPS过程中F-FeOOH/PVDF膜结构演化机理示意图

图2 (a) FeOOH/PVDF(M1)与F-FeOOH/PVDF (M4)的局部横截面Fe元素的EDX图谱; (b) 改性PVDF膜表面X射线衍射图谱变化趋势; (c) PVDF(M0)、FeOOH/PVDF(M1)与F-FeOOH/PVDF (M4)膜的下表面SEM图

  经F-FeOOH改性的PVDF膜实现了疏水性与孔径均一性的同步提升，水触角提升了42.6%，膜最可几孔径的百分比达到98.4%(图3a, 3b)。膜蒸馏通量达到38.5 kg·m-2·h^-1，提升了75.0%，截留率超过99.9%(图3c)。疏水性和孔径均一性的提升有效提升了改性PVDF膜的抗润湿性能和长期稳定性，在30小时的抗润湿和耐结垢实验中表现出良好的稳定性(图3d)。这些结果表明，通过调控纳米粒子表面基团，充分发挥相关基团、分子链与膜材料间的界面作用，可有效促进疏水微结构形成，同时解决相关微粒疏水性不足、易团聚问题，实现强疏水-均孔疏水膜的制备。

图3 (a) 改性PVDF膜下表面水接触角变化趋势; (b) 改性PVDF膜孔径变化趋势; (c) 改性PVDF膜通量与截留率变化趋势; (d) F-FeOOH/PVDF (M4) 膜在分别在100 g/L NaCl、100 g/L NaCl 和20 mmol/L CaSO₄ 、100 g/L NaCl和 0.4 mmol/L SDS的进料溶液环境下的长期稳定性。

 该研究建立的溶解同步功能化、羟基诱导相分离方法，对用于膜蒸馏的混合基质膜发展起到一定的推动作用。

 本文为“庆祝蹇锡高院士80华诞”专辑特约稿件，发表在《高分子学报》2026年第1期。论文第一作者为天津工业大学大学博士生高海富，通信联系人为武春瑞研究员。

引用本文

高海富, 贺龙飞, 孙佳静, 武春瑞, 陈华艳, 王暄, 吕晓龙. 氟烷基化FeOOH/PVDF共混膜微结构调控及其膜蒸馏性能研究. 高分子学报, 2026, 57(1), 143-156.Gao, H. F.; He, L. F.; Sun, J. J.; Wu, C. R.; Chen, H. Y.; Wang, X.; Lu, X. L. Fluoroalkylation FeOOH/PVDF mixed matrix membrane: preparation and membrane distillation performance. Acta Polymerica Sinica (in Chinese), 2026, 57(1), 143-156.