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近期，浙江大學(xue)徐志康帶領的聚合物(wu)分(fen)離膜及其表界(jie)面(mian)工程研究團隊采(cai)用取向冷卻結(jie)晶(jing)模板法制備了(le)PVDF膜，再經過(guo)多步反應最終獲得了(le)具有不(bu)對稱親/疏水性(xing)的光熱“兩面(mian)神”膜。在海水淡(dan)化方面(mian)具有優良性(xing)能，為緩解淡(dan)水危機提供了(le)一種綠色、高效的解決方案(an)。相關研究以(yi)“Janus Poly (Vinylidene Fluoride)Membranes with Penetrative Pores for Photo thermal Desalination”為題發表在Research（2020，DOI：10.34133/2020/3241758）上。該工作得到了(le)國家自然(ran)科學(xue)基金(51673166，51803180)的資(zi)助。

世界人(ren)口的不斷(duan)增(zeng)加(jia)和城市化(hua)進程的不斷(duan)加(jia)快(kuai)，使得淡水(shui)資源短缺日益成為全(quan)球面臨的嚴峻挑戰。利用(yong)清(qing)潔的太陽能對(dui)海水(shui)進行加(jia)熱-蒸發(fa)-冷凝，是獲(huo)取清(qing)潔淡水(shui)資源的新途徑(jing)。

近(jin)幾年發展的(de)(de)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)界面加熱技術利用(yong)光熱轉換(huan)材(cai)料將吸收的(de)(de)太(tai)陽(yang)(yang)光能(neng)直接、高(gao)效地(di)轉化(hua)(hua)為熱能(neng)，并(bing)在空氣/水(shui)(shui)界面處(chu)聚集，能(neng)夠有(you)效避免熱量(liang)擴散(san)至(zhi)水(shui)(shui)體，從而獲(huo)得較高(gao)的(de)(de)海水(shui)(shui)淡化(hua)(hua)效率。天然(ran)木材(cai)和陽(yang)(yang)極氧化(hua)(hua)鋁膜具有(you)高(gao)度規則(ze)排(pai)列的(de)(de)直通孔結構，為水(shui)(shui)分蒸騰(teng)提供了直接通道(dao)，將它們與光熱材(cai)料復合所制備的(de)(de)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)蒸發器已被嘗試用(yong)于海水(shui)(shui)淡化(hua)(hua)。

然而，這些材(cai)料不(bu)易加工(gong)、難于規(gui)模(mo)化(hua)制(zhi)備且不(bu)易調(diao)控孔結構與(yu)性能，在實際應用中仍存在局(ju)限性。直接利用商業化(hua)聚合物多(duo)孔膜為基體(ti)，對其進行光熱功能化(hua)改性來制(zhi)造(zao)太陽能蒸發器，被認為是一種具有規(gui)模(mo)化(hua)應用前(qian)景的(de)方(fang)案。

以穩(wen)定(ding)性(xing)優良且商(shang)業(ye)化程(cheng)度較高(gao)的(de)聚偏氟乙烯(PVDF)膜為例，通過相(xiang)分(fen)(fen)離法(fa)獲得(de)的(de)雙(shuang)連續孔(kong)道具有(you)蜿蜒(yan)曲折的(de)特征(zheng)，相(xiang)比直通孔(kong)來說，不利于(yu)水(shui)分(fen)(fen)傳(chuan)遞和蒸汽逃逸。因此，調控聚合物膜的(de)孔(kong)道結構，加快(kuai)水(shui)分(fen)(fen)傳(chuan)遞與蒸發(fa)效率，是開發(fa)高(gao)性(xing)能太陽能蒸發(fa)膜材料的(de)關鍵(jian)。

浙江大(da)學徐(xu)志康帶領的(de)(de)聚(ju)合物(wu)(wu)分(fen)離膜及其表界面工(gong)程研究(jiu)團隊采用(yong)前期發展的(de)(de)取向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)冷(leng)卻結晶模板法(J.Membr.Sci.,2017,529,47-54;ACSAppl.Mater.&Interfaces,2016,8,14174–14181)，以PVDF為(wei)原料，通過構建(jian)雙向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)溫度(du)梯度(du)誘導二甲基(ji)砜溶(rong)劑在高(gao)分(fen)子基(ji)質中定向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)結晶，經脫除溶(rong)劑晶體后所獲得(de)的(de)(de)PVDF膜具有沿膜厚度(du)方向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)高(gao)度(du)取向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)貫穿孔結構，且(qie)具有不對稱的(de)(de)錐形(xing)孔特征。利用(yong)化學氣(qi)相沉積再將光熱聚(ju)合物(wu)(wu)聚(ju)吡咯(PPy)均(jun)勻地沉積在膜孔壁表面，即可獲得(de)光熱轉換功能(neng)。

進一步在不對稱表面工程理念(Adv.Mater.Interfaces2020,1902064;J.Mater.Chem.A,2019,7,7907-7917)的指導下對膜進行單側親水化修飾。將膜漂浮在多巴胺水溶液表面，在CuSO₄/H₂O₂(Angew.Chem.Int.Ed.,2016,55,3054-3057)的調控(kong)下(xia)，親水性(xing)聚多巴胺(an)納米(mi)涂層逐漸在(zai)膜(mo)孔壁形(xing)成，最終獲得(de)了具有(you)不對(dui)稱親/疏水性(xing)的光熱“兩面神(shen)”膜(mo)(圖(tu)1)。

圖(tu)1：具有(you)直通孔結構的PVDF光熱“兩(liang)面神”膜制備(bei)與海(hai)水淡化過程(cheng)示(shi)意(yi)圖(tu)

將該膜的親水側與水接觸，而另一側由于呈疏水性，可使其漂浮于水面。疏水層沉積的PPy可原位將太陽光能轉化為熱能，而親水孔道能夠將水源源不斷地泵送至界面處進行蒸發。利用錐形孔的多級散射效應，該膜可將太陽能利用效率提升至97%，在一個太陽光輻照下(1kW·m^-2)，膜表(biao)面溫度迅速升高至41℃。

同時，該膜獨特的直通孔結構為水傳遞和蒸汽逃逸提供了最直接的通道，可實現高達1.08kg·m^-2·h^-1的水蒸發速(su)率(lv)。研究團(tuan)隊(dui)進一(yi)步(bu)將該膜與隔熱(re)聚氨酯泡沫進行(xing)復(fu)合(he)，制備了(le)一(yi)種太陽能海水淡化裝(zhuang)置。利用(yong)泡沫的低(di)熱(re)導率(lv)特性(xing)極(ji)大地(di)抑制了(le)熱(re)量(liang)向(xiang)水體擴散，減(jian)少(shao)了(le)熱(re)量(liang)損耗，其(qi)光(guang)熱(re)轉換效率(lv)提升(sheng)至90.2%。

同時，膜與泡沫之間夾層的吸水紙可將水輸送至膜表面進行蒸發，其速率達到1.58kg·m^-2·h^-1。經該裝置對海水進行脫鹽處理后，水中Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺和B³⁺五(wu)種(zhong)離子的(de)濃度均降至1ppm以下，符合世界衛生(sheng)組(zu)織(zhi)頒布的(de)飲用(yong)(yong)水標準，有力地證明了直通孔“兩面(mian)神”膜(mo)光熱(re)材料在海(hai)水淡化方(fang)面(mian)的(de)優(you)良性能，為緩解(jie)淡水危機提供(gong)了一(yi)種(zhong)綠(lv)色(se)、高效的(de)解(jie)決方(fang)案，且膜(mo)制備過程簡便可控，具有廣闊的(de)規模化應用(yong)(yong)前(qian)景。