正渗透(FO)作为一种新兴的“工程渗透技术”,适用于海水淡化和各种水处理过程。FO的驱动力为汲取液(DS)和原料液(FS)之间的渗透压差。FO是自然渗透过程,其最大特点便是能耗低,不需要外界施加能量。然而,目前FO仍面临许多挑战,例如膜污染,内浓差极化现象(ICP),缺乏高性能膜等。开发高性能渗透膜一直是FO研究热点,因为它可以最大限度地减少膜污染和ICP现象。理想的FO膜应具有高透水性,离子选择性和抗污性等特点,同时结构参数较低以减轻ICP现象。大多数高性能FO膜由致密的活性层和多孔支撑层构成,据报道,许多纳米材料,例如氧化石墨烯,碳纳米管,水通道蛋白,金属有机框架和金属/金属氧化物纳米颗粒已掺入FO膜活性层、支撑层或活性层与支撑层之间。传统观点认为,支撑层和活性层都应高度亲水,以使膜渗透性最大化并使膜污染最小化。最近亲水性自支撑分离膜已应用于FO过程,可实现零浓差极化现象,然而机械性能差,单层膜难以工业化生产使其应用受到限制。在界面处具有相反浸润性的Janus膜成为分离领域一种新兴材料。基于这些问题,本论文制备了两种不同的Janus膜,并将Janus膜应用于FO过程,以实现优异的FO性能。第一,通过相转化法制备超亲水PVDF微孔膜,利用其表面微纳结构固定负载氟化超疏水二氧化硅纳米粒子,制备Janus膜,并将该Jauns膜用于FO过程,其不对称浸润结构可以有效降低浓差极化现象,实现水分子的单向传质,同时抑制盐离子的反向扩散。由于纳米级亲水通道贯穿于整张Janus膜中,同时Janus膜表面浸润性的差异,使得该Janus膜具有单向传递特性,所以Janus膜在FO过程中,其渗透系数可达到2.2 Lm-2 h-1 bar-1,比盐通量为0.007 gL-1。第二,通过在超亲水醋酸纤维膜表面利用静电纺丝构筑疏水聚偏氟乙烯纳米纤维层,制备不对称浸润性Janus微孔膜(CA/PVDF),在渗透传质过程中表现出纳米流体二极管特性:聚偏氟乙烯疏水侧的空气层能够有效抑制汲取液中盐离子的反向扩散,提高选择性,而另一侧的醋酸纤维素亲水膜可通过导流减少表面流体对疏水膜的剪切冲击,起到保护空气层的作用,此外还具有抗污染和支撑作用。疏水纳米纤维层的厚度(1.7～9.1μm)可通过静电纺丝时间进行可控调节。在渗透压作用下,原料液侧水分子从Janus膜亲水侧到疏水侧定向运动,而汲取液中盐离子被疏水侧空气层有效阻隔;Janus膜朝向相反时,原料液中水分子的运动受到限制,运动规律类似于流体二极管。疏水膜的厚度对渗透通量和反向盐通量产生至关重要的影响,降低厚度,提高汲取液中盐的浓度,渗透通量和反向盐通量都相应提高。当Janus膜的疏水空气层被浸润破坏后(如运行2小时),水通量急剧下降,反向盐通量急剧上升。进一步将膜进行简单干燥后,水通量和反向盐通量完全恢复,具有多次循环稳定性。