高分子科学前沿1月3日讯：淡水短缺已成为一个突出的全球挑战，由于气候变化和快速城市化和工业化，其严重性将进一步增加。为了减轻环境风险并提高淡水利用效率，高盐废水淡化近年来引起了高度关注。由于这些废水的渗透压通常超过反渗透的允许工作压力，因此需要采用热脱盐技术。膜蒸馏（MD）是一种新兴的热脱盐技术，已有五十多年的历史，但主要由于使用疏水膜，该技术尚未广泛商业化。

基于此，广东工业大学王樟新教授和耶鲁大学Menachem Elimelech教授合作开发了一种新型无膜热脱盐技术--织物蒸馏（FD），它是替代膜蒸馏 MD的变革性技术。织物蒸馏与 MD 的工作原理相似，但不同之处在于采用亲水性织物而非疏水膜进行水蒸气分离。研究人员概述了 FD 对理想织物的要求，并说明普通亲水棉布和亚麻布也适用。随后，他们提出了可行的 FD 配置，并进行了实验演示。通过严格的模块规模分析，他们发现FD 的热脱盐性能优于 MD，同时还阐明了膜或织物与盐水中无处不在的物质之间的相互作用，并通过实验证明了 FD 在实际应用中的前景。最后，他们强调了 FD 相对于 MD 的优势，并对 MD 用于海水淡化的合理性提出了质疑。相关研究成果以题为“Transforming membrane distillation to a membraneless fabric distillation for desalination”发表在最新一期《Nature Water》上。本文第一作者为陈袁妙梁。王樟新教授与陈袁妙梁均为90后。

【设计策略】

MD的困境提出了一个问题：蒸馏过程真的需要膜吗？毕竟，MD过程中的膜并不参与真正的分离过程。

在MD中，淡水和非挥发性溶质（例如盐）的分离是通过给水的蒸发来实现的，而疏水膜仅维持稳定的气液界面以供给水蒸发（图1a）。因此，虽然疏水膜可以通过提供扩大的蒸发面积来提高蒸馏效率，但对于蒸馏过程本身来说并不是必需的。受纺织品中芯吸现象的启发，作者假设亲水织物像疏水膜一样也可以建立稳定的气液界面以实现汽水分离（图1b）。 

图 1. 进料蒸发示意图

【系统比较】

为了验证FD的可行性，作者系统地比较了FD和MD的海水淡化性能和鲁棒性（图6）。MD使用疏水性膜，而FD使用亲水性织物（例如棉和亚麻）。尽管疏水性膜可在市场上买到，但它们比随处可见的亲水性织物更难获得且更昂贵。因此，就材料可用性而言，MD和FD的评级分别为3和4。根据工作原理，MD和FD都可以在气隙配置、吹扫气体配置和真空配置下运行，就可用配置而言，MD和FD分别获得4和3的评级。从模块规模分析，FD作为一种无膜技术，通过消除疏水膜的传质阻力，在海水淡化性能上优于MD。因此，对于产水率和能源效率，MD和FD分别被评为3和4。由于MD面临膜润湿、污垢和结垢三大突出挑战，因此其稳健性评级为1。相比之下，通过用亲水织物替代疏水膜，FD可以克服MD面临的所有三个挑战，从而获得4的高评级。雷达图表明FD在几乎所有方面都优于MD。（本刊有删节）详情见高分子科学前沿公众号