页岩气产出水含有极高的盐度和残余油类。膜蒸馏理论上能完全截留盐分,但产出水中的油和表面活性剂极易造成疏水膜的润湿和污染,这是膜蒸馏在该领域应用的最大技术障碍。传统的疏水改性直接在光滑氧化铝表面进行,机械和化学稳定性差,粗糙度不够。聚多巴胺(PDA)的仿生粘附涂层,几乎可以在任何材料表面形成一层富含氨基、邻苯二酚等官能团的活性层。本研究巧妙地利用PDA层作为“双面胶”和“结构塑造层”。首先在陶瓷膜表面沉积PDA纳米颗粒,制造出微纳复合粗糙结构。
然后利用PDA上的官能团,化学接枝上低表面能的氟硅烷分子。最终形成了坚固的超疏水表面(水接触角>160°)。当浸没于水中时,这层粗糙的超疏水表面会捕获一层稳定的空气膜,使其对油滴展现出极低粘附的“水下超疏油”特性。在处理模拟和实际页岩气产出水的膜蒸馏实验中,PDA修饰的超疏水陶瓷膜展现了极其优异的抗污染和抗润湿性能。在长达72小时的连续膜蒸馏运行中,膜的产水电导率始终维持在极低水平(<10μS/cm),盐截留率>99.9%,且膜通量仅衰减了15%。
而未经修饰的疏水陶瓷膜在运行12小时后即被油污润湿,产水电导率急剧升高至失效。膜面污染分析显示,修饰膜表面仅有极少量的油滴附着。该研究成功攻克了膜蒸馏在处理高盐含油废水中的膜润湿难题,为膜蒸馏技术在油气田产出水等极端苛刻环境下的应用提供了高性能的膜材料。
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