Slippery for scaling resistance in membrane distillation: A novel porous micropillared superhydrophobic surface

膜蒸馏 接触角 聚偏氟乙烯 材料科学 海水淡化 化学工程 缩放比例 多孔性 蒸馏 润湿 色谱法 化学 复合材料 工程类 数学 生物化学 几何学
作者
Zechun Xiao,Rui Zheng,Yongjie Liu,Hailong He,Xiaofei Yuan,Yunhui Ji,Dongdong Li,Huabing Yin,Yuebiao Zhang,Xuemei Li,Tianbai He
出处
期刊:Water Research [Elsevier BV]
卷期号:155: 152-161 被引量:186
标识
DOI:10.1016/j.watres.2019.01.036
摘要

Scaling in membrane distillation (MD) is a key issue in desalination of concentrated saline water, where the interface property between the membrane and the feed become critical. In this paper, a slippery mechanism was explored as an innovative concept to understand the scaling behavior in membrane distillation for a soluble salt, NaCl. The investigation was based on a novel design of a superhydrophobic polyvinylidene fluoride (PVDF) membrane with micro-pillar arrays (MP-PVDF) using a micromolding phase separation (μPS) method. The membrane showed a contact angle of 166.0 ± 2.3° and the sliding angle of 15.8 ± 3.3°. After CF4 plasma treatment, the resultant membrane (CF4-MP-PVDF) showed a reduced sliding angle of 3.0°. In direct contact membrane distillation (DCMD), the CF4-MP-PVDF membrane illustrated excellent anti-scaling in concentrating saturated NaCl feed. Characterization of the used membranes showed that aggregation of NaCl crystals occurred on the control PVDF and MP-PVDF membranes, but not on the CF4-MP-PVDF membrane. To understand this phenomenon, a “slippery” theory was introduced and correlated the sliding angle to the slippery surface of CF4-MP-PVDF and its anti-scaling property. This work proposed a well-defined physical and theoretical platform for investigating scaling problems in membrane distillation and beyond.
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