综述：膜蒸馏用抗污染膜：界面工程、动态控制与可持续策略的关键综述

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Anti-fouling Membranes for Membrane Distillation: A Critical Review of Interfacial Engineering, Dynamic Control and Sustainable Strategies

　　本综述系统剖析了膜蒸馏（MD）技术在处理高盐度废水时面临的膜污染、结垢与润湿三大挑战，指出传统单一抗污策略的局限性。重点探讨了通过界面工程（如仿生微/纳米结构、刺激响应智能涂层、Janus薄膜）实现抗污/抗润湿功能协同强化的新途径，强调了动态界面调控（如光催化自清洁）和理论框架（XDLVO、DFT）在揭示机理与指导设计中的关键作用。最后提出融合人工智能（AI）预测与绿色材料创新的智能、可持续抗污系统，为MD技术工业化应用提供前瞻性视角。

　　

膜蒸馏（MD）技术作为一种变革性的高盐度废水处理方案，凭借其独特的热力学特性（利用跨膜温度梯度实现挥发性组分选择性渗透）和对非挥发性溶质的高截留率（>98%），在处理复杂离子组成的工业废水（如采矿/冶金、石化、烟气脱硫废水）方面展现出巨大潜力。然而，其工业化放大应用始终受到膜污染、结垢以及最关键的膜润湿这三大相互关联的界面现象的严重制约。

膜污染、结垢与润湿的机制

膜性能下降的根源在于污染、结垢和润湿的协同作用。污染主要指有机物（油脂、腐殖酸、蛋白质）或生物物质（生物污垢）在膜表面或孔内的沉积和积累，导致通量下降。结垢是一种特殊的无机污染，涉及难溶盐（CaCO₃、CaSO₄）在膜表面的沉淀和结晶。润湿则是MD中最严重的失效模式，当料液相穿透膜孔，会破坏气液界面，导致非挥发性污染物直接进入馏出液，使截留效率完全丧失。这三者常形成恶性循环：污染和结垢层通过改变表面化学性质加速润湿，而膜润湿又促进污染物在孔结构深处的进一步沉积，形成性能衰减的自放大循环。

膜制备与改性方法

抗污膜的设计策略已超越单一润湿性调控的局限，向“多尺度结构设计、异质功能耦合、动态界面调控”的系统化范式演进。其核心在于从界面相互作用的热力学和动力学维度双管齐下。

仿生微/纳米结构设计

自然界生物经过亿万年进化，形成了独特的表面微/纳米结构，赋予了卓越的液体排斥性（如荷叶的自清洁效应、弹尾虫的拒水拒油表皮）。仿生微/纳米结构设计通过模仿这些生物表面的几何形态和化学特征，为制备高性能超疏水甚至超疏油（omniphobic）膜提供了创新策略。这些结构能有效减少污染物与膜表面的实际接触面积，从而降低粘附力。

膜抗污染机制

膜的抗污染性能由其关键材料参数及背后的构效关系决定。先进的抗污染膜通常通过以下一种或多种机制发挥作用：形成水化层屏障排斥污染物、降低界面能使得污染物不易粘附、以及通过物理或化学作用主动破坏或去除已粘附的污染物。理论框架，如扩展的Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek（XDLVO）理论和密度泛函理论（DFT），在量化界面相互作用、预测污染行为方面发挥着至关重要的作用，为理性的膜设计提供了坚实基础。动态界面调控策略，如温度或pH触发的润湿性切换、光催化自清洁等，通过主动破坏污染物粘附平衡，展现出卓越的污染可逆性和通量恢复能力。

展望

抗污染蒸馏膜技术的实际应用面临多重复杂挑战，包括污染物本身的多样性以及材料、加工技术和系统设计方面的限制。未来的发展必须采用问题导向的方法，利用跨学科创新来克服技术瓶颈。一个重要的方向是构建可持续的智能抗污染系统，该体系将人工智能（AI）驱动的污染预测监控与绿色功能材料的创新相结合，推动膜技术向智能化、自适应和可持续方向发展。

结论

对MD先进抗污染策略的不懈追求推动了界面工程的范式转变。传统的表面疏水化和孔结构优化方法在应对真实污染物（如有机-无机杂化、生物膜）的多方面攻击时显得力不从心。界面工程策略通过能垒调控和结构优化，协同整合抗润湿和抗污染功能，代表了未来的发展方向。动态调节策略和自清洁机制进一步增强了操作弹性。将理论模拟与实验验证相结合，并引入人工智能（AI）和绿色材料，将最终释放MD在零液体排放（ZLD）系统中处理复杂工业废水的全部潜力。