背景：聚砜（PSF）耐化學(xué)腐蝕、耐熱且機(jī)械性能穩(wěn)定，因此常用于水處理膜，尤其是中空纖維膜。問題在于，PSF本身偏疏水，污染物更容易在膜表面吸附和沉積，水滲透和長期抗污染性能都會受到影響。要改善這類膜，表面親水化是常見思路。原子層沉積（Atomic Layer Deposition，ALD）可以在復(fù)雜三維及多孔結(jié)構(gòu)上沉積厚度可控且較均勻的納米薄層，適合用于中空纖維膜的表界面改性。

方法：研究以商業(yè)PSF中空纖維膜為基材，分別以TiCl?、二乙基鋅（DEZ）和三甲基鋁（TMA）為前驅(qū)體，通過ALD沉積TiO?、ZnO和Al?O?，目標(biāo)厚度均約2 nm。SEM和EDX用于觀察膜表面、截面形貌及元素分布，水接觸角（WCA）用于判斷表面潤濕性。使用GBX接觸角測量儀，每次用針頭在膜表面滴加約0.5 μL超純水。隨后結(jié)合純水滲透率、BSA截留率和污染恢復(fù)參數(shù)，比較不同氧化物改性后的水處理表現(xiàn)。

原始及TiO?、ZnO、Al?O?改性PSF中空纖維膜的水接觸角與水滲透率

原始PSF膜水接觸角接近90°。ALD處理后，TiO?和ZnO改性膜降至約70°，Al?O?改性膜約45°～46.5°。水滴更容易鋪展，說明三種氧化物都提高了膜表面親水性。TiO?改性膜的水滲透率由約135 L·h?1·m?2·bar?1提高至約200 L·h?1·m?2·bar?1，接觸角下降的同時，水傳輸性能也得到改善。

結(jié)果：SEM顯示，約2 nm的氧化物沉積沒有明顯破壞PSF中空纖維膜原有表面形貌。EDX證實(shí)ZnO和Al?O?在膜表面沉積，同時TiO?和ZnO在膜網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部也有較好的分布。

水接觸角把表面變化表現(xiàn)得更直觀。原始PSF膜約90°，呈明顯疏水性；TiO?和ZnO改性后約70°，Al?O?降至約46.5°。只有數(shù)納米厚的氧化物層，就已經(jīng)改變了膜表面對水的潤濕狀態(tài)。

綜合過濾數(shù)據(jù)看，TiO?改性更均衡。其水滲透率比原始PSF膜提高約50%，BSA污染后的通量恢復(fù)率（FRR）由88%升至100%，不可逆污染率降至0%。結(jié)果就是經(jīng)過水反沖洗后，膜通量基本可以恢復(fù)到污染前水平。

接觸角更低，并不代表所有過濾指標(biāo)都會同步改善。Al?O?改性膜的水接觸角，但BSA截留性能有所下降。膜性能不只取決于親水性，表面電荷、粗糙度、孔結(jié)構(gòu)以及氧化物在聚合物基體中的分布同樣會影響最終結(jié)果。

這項(xiàng)研究里，水接觸角不能單獨(dú)看。GBX接觸角測試反映的是表面潤濕性變化，再與水滲透率、BSA截留率和抗污染指標(biāo)放在一起，才能看清“表面改性—潤濕性—水傳輸—抗污染性能"之間的關(guān)系，也更方便比較不同ALD氧化物的改性效果。

結(jié)論：在PSF中空纖維膜表面沉積約2 nm的TiO?、ZnO和Al?O?后，水接觸角均明顯下降，膜表面更親水。三種材料中，TiO?的綜合結(jié)果更均衡：水接觸角由約90°降至70°左右，水滲透率提高約50%，BSA污染后的FRR達(dá)到100%，不可逆污染率為0%。接觸角測試把納米級表面改性帶來的潤濕性變化直接量化出來，再和過濾性能結(jié)合，才能判斷這種表面處理是否真正改善了水處理表現(xiàn)。

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