高分子科学前沿7月19日讯：全球水资源短缺压力不断增大，海水淡化是缓解淡水危机的有效途径。然而，传统的海水淡化方法，如反渗透和多级闪蒸等，通常在高压或高温下操作，存在能耗较高的问题。新兴的基于低温热源的海水淡化技术，如膜蒸馏技术，可以利用低品位热源进行海水淡化，从而降低能耗，提高能源利用效率。膜材料作为膜蒸馏系统的核心部件，直接影响膜蒸馏系统的传质效率、通量和稳定等关键参数。因此，对膜材料进行结构优化，开发具有高水通量和低蒸发焓的膜蒸馏用膜有望降低系统运行成本，推动膜蒸馏技术的广泛应用。

近期，大连理工大学化工学院贺高红教授和姜晓滨教授团队在《 Advanced Functional Materials》期刊上发表了题为“Insights Into Janus Interfaces with Ordered Micro/Nanostructures for Low-Temperature Differential Evaporation”的文章。本工作设计了一种具有有序微/纳米孔的Janus膜结构，通过理性调控膜材料的微纳结构和界面性质，用于低温差下（△t＜20℃）的膜蒸馏海水淡化过程强化，并进一步揭示了膜界面复合结构对中间态水分子传输、微纳米尺度蒸发相变的作用机理。

（1）有序微纳米孔道Janus膜结构制备及膜蒸馏性能

研究团队采用单侧浸泡法，制备了系列不同孔径及接触角梯度变化的Janus膜。通过SEM、AFM、XPS、WCA等表征手段，证实了具有有序排列垂直孔道及不对称润湿性Janus膜的成功制备（图1）。随后，通过自主设计的低温差膜蒸馏装置，探究了Janus膜对水蒸发速率的影响。实验结果表明，Janus膜通量表现出明显的孔径和接触角依赖性，随着孔径及接触角的下降，通量表现出增加的趋势。优化的Janus (20 nm) 95°/25° 膜在45℃（进料侧）/25℃（渗透侧，常压）下的蒸发通量达2.4 kg m −2 h −1，为纯水蒸发的2.5倍（图2）。

图1有序微纳结构Janus膜的制备与表征

小结：本研究开发了一种新型微/纳米直通孔道Janus膜，其能够在低温差下显著提高水蒸发速率，进而揭示了一种通过协同调控膜微/纳米结构和润湿性来强化蒸发的新策略。结果表明，在Janus膜孔内，凹液面增加了薄水层的比例，从而增强了壁面处的微尺度传热；较小的纳米孔限制了液气界面微尺度涡旋的发展，并防止了界面处中间水的返混，促进了水的蒸发（图5）。这种设计策略和强化机制为未来的微纳米结构薄膜在海水淡化和水处理领域的应用提供了重要的指导和理论基础，对于开发高效低能耗的海水淡化技术具有潜在的重要意义。（本刊有删节）详情见高分子科学前沿公众号