《自然·通讯》：超强聚合物中空纤维膜实现盐水高效脱水、脱盐

目前，与传统的热处理工艺相比，反渗透（RO）脱盐是从海水和盐水中生产清洁饮用水的最节能工艺。由于最大盐度的限制（例如>70 g/L）和考虑到实际因素（如膜的机械强度、经济和环境因素），常规RO工艺的最大水回收率约为35%–50%。随着水的不断回收，盐水进料变得更加浓缩。因此，RO工艺必须消耗额外的能量来克服浓盐水施加的渗透压。此外，对浓缩RO废水的处理并不便宜，RO脱盐工艺总成本的33%用于处理RO废水。

为最大限度地发挥RO的潜力并提高其水回收率，高盐水的脱盐最近受到学术界和工业界越来越多的关注。基于膜的渗透辅助反渗透（OARO）工艺作为一项有前景的技术，可实现高水回收率（例如>50%）。在OARO工艺中，水在克服跨膜渗透压差的液压驱动下通过半透膜传输。简言之，在渗透侧使用具有较低或相等盐度的盐流作为OARO工艺的扫流，以减小穿过膜的渗透压差，因此即使当进料的渗透压大于外部施加的液压时，水传输也成为可能。因此，OARO通过基于膜的节能工艺使水回收率高达70%以上成为可能。然而，随着水回收率的提高，OARO工艺也受到膜破裂压力的限制。因此，开发高强度和高效率的膜是满足OARO工艺要求的关键。

鉴于此，国立台湾科技大学Tai-Shung Chung教授团队通过调节纺丝原液中主体聚合物（PES）的浓度和工程化纤维的尺寸和形态，制备了一种超强聚合物薄膜复合材料（TFC）中空纤维膜，其具有高达110 bar的超高液压破裂压力，同时可保持约3 L/（m² h bar）的高纯水渗透性和约98%的NaCl截留率。最佳的TFC膜在OR和OARO工艺模式下表现出良好的透水性。这项工作为制备用于水处理和海水淡化的超强TFC中空纤维膜提供了新的思路。

文章亮点：

1、通过调整中空纤维的尺寸和主体聚合物的浓度，制备出了破裂压力约为110 bar的超高强中空纤维膜。

2、所研制的超强TFC中空纤维膜不仅适用于OARO应用，而且有望提高常规OR海水淡化装置的能源效率和水回收率。

3、超强TFC中空纤维可用于RO-OARO一体化高压脱盐工艺，以更经济和环保的方式实现更高的水回收率。

图1 PES中空纤维基材的FESEM表征

图2 PES-TFC中空纤维膜的RO和压力渗透性能以及结构参数

图3 PES-TFC中空纤维膜的OARO性能

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-021-22684-1