背景：聚碸（PSF）耐化學腐蝕、耐熱且機械性能穩定，因此常用於水處理膜，尤其是中空纖維膜。問題在於，PSF本身偏疏水，污染物更容易在膜表面吸附和沈積，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。原子層沈積（Atomic Layer Deposition，ALD）可以在複雜三維及多孔結構上沈積厚度可控且較均勻的納米薄層，適合用於中空纖維膜的表界面改性。

方法：研究以商業PSF中空纖維膜為基材，分別以TiCl₄、二乙基鋅（DEZ）和三甲基鋁（TMA）為前驅體，通過ALD沈積TiO₂、ZnO和Al₂O₃，目標厚度均約2 nm。SEM和EDX用於觀察膜表面、截面形貌及元素分布，水接觸角（WCA）用於判斷表面潤濕性。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。隨後結合純水滲透率、BSA截留率和污染恢復參數，比較不同氧化物改性後的水處理表現。

原始及TiO₂、ZnO、Al₂O₃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處理後，TiO₂和ZnO改性膜降至約70°，Al₂O₃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。TiO₂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。

結果：SEM顯示，約2 nm的氧化物沈積沒有明顯破壞PSF中空纖維膜原有表面形貌。EDX證實ZnO和Al₂O₃在膜表面沈積，同時TiO₂和ZnO在膜網絡內部也有較好的分布。

水接觸角把表面變化表現得更直觀。原始PSF膜約90°，呈明顯疏水性；TiO₂和ZnO改性後約70°，Al₂O₃降至約46.5°。只有數納米厚的氧化物層，就已經改變了膜表面對水的潤濕狀態。

綜合過濾數據看，TiO₂改性更均衡。其水滲透率比原始PSF膜提高約50%，BSA污染後的通量恢復率（FRR）由88%升至100%，不可逆污染率降至0%。結果就是經過水反沖洗後，膜通量基本可以恢復到污染前水平。

接觸角更低，並不代表所有過濾指標都會同步改善。Al₂O₃改性膜的水接觸角，但BSA截留性能有所下降。膜性能不只取決於親水性，表面電荷、粗糙度、孔結構以及氧化物在聚合物基體中的分布同樣會影響最終結果。

這項研究里，水接觸角不能單獨看。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"之間的關係，也更方便比較不同ALD氧化物的改性效果。

結論：在PSF中空纖維膜表面沈積約2 nm的TiO₂、ZnO和Al₂O₃後，水接觸角均明顯下降，膜表面更親水。三種材料中，TiO₂的綜合結果更均衡：水接觸角由約90°降至70°左右，水滲透率提高約50%，BSA污染後的FRR達到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，再和過濾性能結合，才能判斷這種表面處理是否真正改善了水處理表現。

參考文獻

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