膜技术手册（第二版）

1.传承经典，开拓创新——《膜技术手册》（第二版）是在时钧、袁权、高从堦三位院士主编的第*版基础上修订而成，是我国膜技术领域的经典工具书，本版与时俱进，对内容做了大量更新，充分体现了当前膜技术发展现状。 2.知名学者编著，凝结集体智慧——《膜技术手册》（第二版）由邓麦村研究员和金万勤教授担任主编，集我国膜界众多知名专家之合力编著而成，凝结了百余位一线学者的集体智慧，具有很高的参考价值。 3.内容全面系统，兼顾前沿与实用——《膜技术手册》（第二版）围绕膜与膜过程两个核心知识体系予以系统介绍，详细阐述了各种膜的定义、分类、制备、表征和应用；全面总结了各种膜过程的基础理论、工程设计计算方法、经验数据及其适用条件、典型的应用案例等。 4.突出重点应用领域，注重总结创新成果——《膜技术手册》（第二版）着重针对膜技术在化工、石油化工、海水淡化、工业污水“零排放”、制药工业、食品工业等重要经济领域的关键应用，突出近年来膜技术领域在基础理论、研发创新、产业推广等方面所取得的成果。

膜技术是以膜材料的特殊结构来实现物质高效分离的技术，具有节能高效、设备紧凑、操作方便、易与其他技术集成等优点。膜科学又是一门多学科高度交叉汇聚、应用极为广阔的学科，得到了科学家和企业家的高度关注与青睐。近20年来从事膜技术研发的科技人员越来越多，从事膜技术产业的企业也如雨后春笋般蓬勃发展。据统计，我国科学家发表的膜相关SCI论文已居全球之首多年，膜产业规模早已超过2000亿元，应用领域涉及国民经济和人民生活的大部分领域。
《膜技术手册》（第一版）在时钧、袁权和高从堦院士的主持下，汇聚了国内一批知名学者专家，于1999年开始组稿，2001年正式出版发行。全书共17章约180万字，是当时国内第一部全面总结20世纪国内外膜技术进展的大型专业工具书，因其突出的权威性、系统性和实用性，成为膜技术领域的经典著作，为普及膜技术知识、促进膜科学研究、推动膜技术进步做出了重要贡献。《膜技术手册》（第一版）出版至今的近20年中，面对我国在水资源、能源、环境、传统工业技术改造升级的重大需求，膜技术领域以基础研究驱动技术变革，通过对膜及膜材料微结构与膜功能性质和制备过程关系的研究，建立了面向应用过程的膜材料设计与制备理论框架，形成了一系列具有自主知识产权、性能达到或接近国际先进水平的膜材料与膜过程，在水处理膜、渗透汽化膜、气体分离膜、离子交换膜、无机膜、膜反应器、新型膜的理论和应用研究方面取得了重要创新进展，为我国的节能减排与传统产业改造做出了突出贡献。分子筛膜、有机-无机复合膜、致密膜反应器等赶超国际先进水平，金属合金膜、智能膜等新型膜引领国际膜材料的发展。因此，为比较全面地反映20年来膜技术的重要进展，为膜技术研究、开发和应用者提供更加新颖实用的工具书，化学工业出版社组织对手册第一版进行了修订。
《膜技术手册》（第二版）的修订工作自2016年11月正式启动，汇聚了一大批膜技术领域的中青年专家学者参与修订和编写。本次修订，是在第一版基本框架结构的基础上进行补充和完善，注重处理好经典内容的继承与陈旧知识的淘汰、传统学科的发展与交叉学科的新理论新应用的关系，充分反映近年来膜技术领域的新理论和新技术进展。在具体内容上，对沿用的相关生产单位、产品及其性能予以重新核定；对已成熟的应用过程，增加自动控制方面的内容。
《膜技术手册》（第二版）分上下两册，19章，约280万字。考虑到近20年来膜技术的发展，适当调整了第一版有关章节，增加了三章，一是有机-无机复合膜，二是气固分离膜，三是典型集成膜过程，总结了多项具有自主知识产权的研究成果。此外，在相关章节加强了分子筛膜、石墨烯膜、致密膜反应器、金属合金膜、仿生膜、智能膜、膜接触器等我国在基础研究方面占据领先地位的技术介绍，在整体的编写思路上贯穿满足国家需求、膜技术发展以及膜从业者的实际工作需要的理念，从而真正起到对学科和产业发展的引领作用。
《膜技术手册》（第二版）的编写，得到国家科技部、中国膜学会（筹）、中国膜工业协会、化学工业出版社等单位以及国家出版基金的大力支持，在此谨致衷心感谢！对参与第一版编写的专家学者致以崇高敬意！同时，对参与本手册组织、编写和审稿等工作的所有专家学者表达诚挚的谢意！
尽管我们已尽全力，但限于时间和水平，手册中仍难免有疏漏和不足之处，敬请读者批评指正。

邓麦村 金万勤
2020年10月

邓麦村，中国科学院秘书长，研究员，中国膜学会（筹）理事长，中国膜工业协会名誉理事长，曾任中国科学院大连化学物理研究所所长，膜技术国家工程研究中心主任。长期从事气体膜分离技术、渗透机理、制膜技术及膜过程研究，建成了我国首条具备多功能、应变能力强的气体膜分离器制造生产线，并形成完整的研究、生产、工程开发体系，使气体膜分离技术在多个行业获得广泛应用。多年来积极支持我国膜技术产业的规模化、规范化发展，推动膜科学界与产业界的深度结合，培养、引进了一批膜技术研发和工程化人才，为我国膜技术产业的发展做出了有益贡献。
金万勤，南京工业大学教授，材料化学工程国家重点实验室常务副主任，“973”计划项目首席科学家。主持“973”计划项目、国家自然科学基金重大项目等10余项科研项目，主要从事混合导体氧渗透膜、多孔陶瓷膜反应器、有机无机复合膜等应用基础研究，在Nature、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等化工、材料领域知名期刊上发表SCI论文250多篇，被引用9000多次。2014年至2017年连续4年入选爱思唯尔（Elsevier）中国高被引学者“化学工程”领域榜单。以第*完成人获得教育部自然科学奖二等奖和中国石油和化学工业联合会科技进步奖一等奖各一项。

膜技术是材料科学和过程工程科学等诸多学科交叉的新型分离技术，以其低能耗、高效率的特点，成为解决我国当前水资源、能源、环境、传统产业改造等国家重大战略需求问题的共性关键技术。
《膜技术手册》是我国膜领域众多专家共同编写的经典工具书，第二版在第一版基础上，着重针对膜技术在化工、石油化工、海水淡化、工业污水“零排放”、制药工业、食品工业等重要经济领域的关键应用，突出近年来膜技术领域在基础理论、研发创新、产业推广等方面所取得的成果，围绕膜与膜过程两个核心知识体系予以系统介绍。具体内容包括：导言，有机高分子膜，无机膜，有机-无机复合膜，膜分离中的传递过程，膜过程的极化现象和膜污染，膜器件，反渗透、正渗透和纳滤，超滤和微滤，渗析，离子交换膜过程，气体膜分离过程，气固分离膜，渗透汽化，液膜，膜反应器，膜接触器，控制释放微胶囊膜和智能膜，典型集成膜过程等。手册详细阐述了各种膜的定义、分类、制备、表征和应用；全面总结了各种膜过程的基础理论、工程设计计算方法、经验数据及其适用条件、典型的应用案例等。
本版与第一版相比在内容结构上做了较大的优化与调整，删去了亲和膜章，增加了有机-无机复合膜、气固分离膜和典型集成膜过程三章；在有关章节增加了正渗透、膜脱气、膜乳化、膜结晶、智能膜等内容；同时对其他各章在理论、过程和应用方面做了大量更新。下册书末附有缩略语表和索引，方便读者理解和查阅。
本手册既重视基础，又兼顾前沿，内容系统丰富，可供化学工程、材料科学与工程、资源与环境工程等学科以及化工、石化、水处理、制药、食品等行业的技术人员参考阅读，同时也可作为高等院校相关专业的教学参考书。

第1章导言
1.1膜和膜分离过程的特征2
1.2膜和膜过程的发展历史4
1.2.1膜科学技术发展史4
1.2.2我国膜科学技术发展概况5
1.3膜7
1.3.1材料和分类7
1.3.2主要制备方法9
1.3.2.1聚合物膜的制备9
1.3.2.2无机膜的制备10
1.3.3膜组件11
1.4膜分离过程12
1.4.1常用的膜分离过程12
1.4.1.1微孔过滤12
1.4.1.2超滤13
1.4.1.3反渗透14
1.4.1.4纳滤14
1.4.1.5渗析15
1.4.1.6电渗析15
1.4.1.7膜电解16
1.4.1.8膜传感器16
1.4.1.9膜法气体分离17
1.4.1.10渗透汽化18
1.4.1.11膜蒸馏18
1.4.1.12正渗透19
1.4.2发展中的新膜过程20
1.4.2.1膜萃取20
1.4.2.2膜结晶21
1.4.2.3促进传递22
1.4.2.4膜反应过程24
1.4.3膜分离与其他化工分离和反应过程的结合25
1.5应用总览25
1.6现状与展望29
1.6.1现状29
1.6.2展望30
参考文献32

第2章有机高分子膜
2.1高分子分离膜材料34
2.1.1天然高分子34
2.1.1.1再生纤维素（cellu）34
2.1.1.2硝酸纤维素（CN）36
2.1.1.3醋酸纤维素（CA）37
2.1.1.4乙基纤维素（EC）37
2.1.1.5纳米纤维素（NFC）38
2.1.1.6甲壳素39
2.1.1.7其他纤维素衍生物39
2.1.2芳杂环高分子39
2.1.2.1聚砜（PSF）39
2.1.2.2聚醚砜（PES）41
2.1.2.3聚醚酮（PEK）41
2.1.2.4聚酰胺（PA）42
2.1.2.5聚酰亚胺（PI）44
2.1.2.6其他芳杂环高分子45
2.1.3聚酯类46
2.1.3.1聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）46
2.1.3.2聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）47
2.1.3.3聚碳酸酯（PC）48
2.1.4聚烯烃48
2.1.4.1聚乙烯（PE）48
2.1.4.2聚丙烯（PP）49
2.1.4.3聚4-甲基-1-戊烯（PMP）50
2.1.5乙烯类聚合物50
2.1.5.1聚丙烯腈（PAN）51
2.1.5.2聚乙烯醇（PVA）52
2.1.5.3聚氯乙烯（PVC）52
2.1.5.4聚偏氯乙烯（PVDC）53
2.1.5.5聚偏氟乙烯（PVDF）53
2.1.5.6聚四氟乙烯（PTFE）53
2.1.6含硅聚合物54
2.1.6.1聚二甲基硅氧烷（PDMS）54
2.1.6.2聚三甲硅基丙炔（PTMSP）55
2.1.7聚电解质56
2.1.7.1阴离子聚合物56
2.1.7.2阳离子聚合物56
2.1.7.3两性离子聚合物58
2.1.7.4聚离子液体58
2.2有机高分子分离膜的制备59
2.2.1均质膜的制备59
2.2.1.1致密均质膜60
2.2.1.2多孔均质膜61
2.2.1.3离子交换膜68
2.2.2非对称膜的制备70
2.2.2.1相转化膜70
2.2.2.2复合膜94
2.3有机高分子分离膜的表征99
2.3.1膜的性能99
2.3.1.1膜的分离透过特性99
2.3.1.2膜的物化性能110
2.3.2膜的结构112
2.3.2.1膜的聚集态结构112
2.3.2.2膜的形态结构114
2.3.3膜的孔径与自由体积的测定118
2.3.3.1电子显微镜法118
2.3.3.2和界面性质相关的孔参数测定法123
2.3.3.3和流体力学性质相关的孔参数测定法127
2.3.3.4和筛分、截留效应相关的测定法130
2.3.3.5正电子湮灭测定法134
符号表137
参考文献139

第3章无机膜
3.1引言148
3.1.1概述148
3.1.2分类149
3.1.3结构149
3.2无机膜的结构与性能表征150
3.2.1概述150
3.2.2多孔无机膜孔结构的表征150
3.2.2.1静态法150
3.2.2.2动态测定技术153
3.2.2.3小结158
3.2.3无机膜材料性质表征159
3.2.3.1化学稳定性159
3.2.3.2表面性质160
3.2.3.3机械强度161
3.3无机膜的制备161
3.3.1概述161
3.3.2多孔支撑体的制备162
3.3.3非对称微滤膜的制备165
3.3.4湿化学法169
3.3.5溶胶-凝胶法171
3.3.5.1溶胶的制备171
3.3.5.2涂膜171
3.3.5.3凝胶膜的干燥与热处理174
3.3.6阳极氧化法178
3.3.7分相法179
3.3.8有机聚合物热分解法181
3.3.9多孔膜的改性181
3.3.10致密膜的制备182
3.3.10.1致密金属膜的制备183
3.3.10.2氧化物致密膜的制备184
3.3.11无机膜缺陷修复技术185
3.4无机膜组件及成套化装置186
3.4.1概述186
3.4.2膜元件186
3.4.3膜组件188
3.4.4过滤过程189
3.4.4.1错流过滤189
3.4.4.2操作方式189
3.4.4.3膜污染的控制及清洗方法191
3.5无机膜在分离和净化中的应用192
3.5.1在食品工业中的应用193
3.5.1.1在奶业中的应用193
3.5.1.2蛋白质的浓缩193
3.5.1.3果（蔬菜）汁澄清194
3.5.1.4饮用水的净化194
3.5.1.5酒的澄清过滤195
3.5.2在生物化工与医药工业中的应用196
3.5.2.1发酵液的过滤196
3.5.2.2血液制品的分离与纯化197
3.5.2.3中药提取与纯化197
3.5.3在环保工程中的应用199
3.5.3.1在含油废水处理中的应用200
3.5.3.2在废油过滤中的应用202
3.5.3.3在MBR中的应用202
3.5.3.4在其他废水处理中的应用203
3.5.4在化工与石油化工中的应用205
3.5.4.1陶瓷膜在润滑油脱蜡过程中的应用206
3.5.4.2无机膜在化工产品脱色中的应用206
3.5.4.3无机膜在催化剂回收中的应用206
3.5.5无机膜用于气体净化207
3.5.6无机膜用于气体分离207
3.6无机膜反应器209
3.6.1概述209
3.6.2无机膜催化反应器的结构及分类209
3.6.3无机催化膜反应器的主要应用210
3.6.4无机催化膜反应器的数学模拟212
3.6.5无机膜催化反应器工业化面临的问题和发展前景213
符号表213
参考文献214

第4章有机-无机复合膜
4.1有机-无机复合膜简介230
4.1.1有机-无机复合膜的概念与分类230
4.1.2有机-无机复合膜的主要特点230
4.2有机-无机复合膜材料231
4.2.1概述231
4.2.2填充剂的分类231
4.2.2.1按填充剂亲疏水性分类231
4.2.2.2按填充剂维度分类232
4.2.2.3按填充剂结构分类232
4.2.2.4其他分类233
4.3有机-无机复合膜的制备233
4.3.1物理共混法233
4.3.1.1填充剂尺寸234
4.3.1.2有机-无机界面形态234
4.3.1.3无机填充剂的团聚234
4.3.2溶胶-凝胶法234
4.3.3自组装法236
4.3.4界面聚合法237
4.3.5仿生矿化法238
4.3.6仿生黏合法239
4.3.7浸渍提拉法240
4.3.8其他方法240
4.4有机-无机复合膜界面结构调控与传质机理241
4.4.1复合膜界面形态241
4.4.1.1理想复合膜界面形态241
4.4.1.2非理想复合膜界面形态241
4.4.2界面结构调控244
4.4.2.1提高高分子链段柔性244
4.4.2.2增强界面相容性245
4.4.3传质机理与抑制trade-off效应机理246
4.4.3.1理想界面传质模型246
4.4.3.2非理想复合膜传质模型252
4.4.3.3有机-无机复合膜分离传质机理254
4.4.3.4抑制trade-off效应机理257
4.5有机-无机复合膜的应用259
4.5.1概述259
4.5.2气体分离259
4.5.2.1氢气富集259
4.5.2.2氧气或氮气富集260
4.5.2.3二氧化碳分离261
4.5.2.4烯烃/烷烃分离264
4.5.2.5气体除湿265
4.5.3渗透汽化265
4.5.3.1有机物脱水266
4.5.3.2水中有机物回收267
4.5.3.3有机物分离268
4.5.4水处理269
4.5.5电渗析270
4.5.6其他膜过程272
4.6展望272
符号表272
参考文献273

第5章膜分离中的传递过程
5.1引言292
5.2膜内传递过程292
5.2.1传递机理为基础的膜传递模型294
5.2.1.1气体分离微孔扩散模型294
5.2.1.2液体分离微孔扩散模型295
5.2.1.3表面力-孔流模型298
5.2.1.4溶解-扩散模型302
5.2.2非平衡热力学为基础的膜传递模型310
5.2.2.1非平衡热力学基本概念311
5.2.2.2非平衡热力学传递模型314
5.2.3膜内基本传质形式318
5.2.3.1三种膜内基本传质形式318
5.2.3.2以非平衡热力学定义基本传质形式319
5.2.4膜分离传递过程中的常用参数321
5.2.4.1渗透与渗透率321
5.2.4.2溶解度、溶解度参数、热力学耦合过程322
5.2.4.3扩散过程、扩散系数、扩散耦合过程332
5.3膜外传递过程345
5.3.1膜表面传质过程345
5.3.1.1浓差极化345
5.3.1.2凝胶层极化350
5.3.2传质过程的实验测定352
5.3.2.1强制流动的传质353
5.3.2.2自然对流传质系数354
5.3.3膜分离传递过程中的其他内容356
5.3.3.1温差极化356
5.3.3.2沿膜面流道的传递过程357
5.3.3.3提高传质过程的方法实例358
5.4计算机模拟在膜分离传递过程中的应用360
5.4.1计算流体力学在膜分离传递现象中的应用360
5.4.1.1计算流体力学的基本方法360
5.4.1.2CFD在膜过程传递现象研究中的应用361
5.4.2分子模拟技术在膜分离传递过程中的应用366
5.4.2.1蒙特卡罗分子模拟366
5.4.2.2分子动力学模拟367
符号表368
参考文献370

第6章膜过程的极化现象和膜污染
6.1概述380
6.2浓差极化380
6.2.1浓差极化的定义380
6.2.2浓差极化的危害及用途381
6.2.2.1浓差极化的危害381
6.2.2.2浓差极化的用途382
6.2.3浓差极化的在线监测方法382
6.2.3.1光学技术382
6.2.3.2核磁共振技术（NMR）382
6.2.3.3同位素标定技术383
6.2.3.4超声时域反射技术383
6.2.4浓差极化的控制方法383
6.2.4.1改善膜表面的流体力学条件383
6.2.4.2操作条件的优化386
6.3温差极化386
6.4膜污染387
6.4.1膜污染的定义387
6.4.2污染物的种类388
6.4.3膜污染的影响因素388
6.4.3.1粒子或溶质尺寸及形态389
6.4.3.2溶质与膜的相互作用389
6.4.3.3膜的结构与性质389
6.4.3.4溶液特性的影响390
6.4.3.5膜的物理特性390
6.4.3.6操作参数390
6.4.4膜污染的研究方法391
6.4.4.1膜污染的在线监测方法391
6.4.4.2膜污染的非在线监测方法393
6.4.5膜污染的数学模型393
6.4.5.1多孔膜393
6.4.5.2致密膜399
6.4.6膜污染的控制方法399
6.4.6.1料液预处理400
6.4.6.2膜材料的选择401
6.4.6.3膜孔径或截留分子量的选择402
6.4.6.4膜结构选择402
6.4.6.5膜表面改性402
6.4.6.6组件结构选择402
6.4.6.7溶液中盐浓度的控制403
6.4.6.8溶液温度的控制403
6.4.6.9溶质浓度、料液流速与压力的控制403
6.4.7膜清洗404
6.4.7.1要考虑的因素404
6.4.7.2清洗方法405
6.4.7.3清洗效果的表征406
6.4.7.4清洗模型407
符号表409
参考文献409

第7章膜器件
7.1膜器件分类414
7.1.1膜器件定义414
7.1.2膜器件的基本类型414
7.1.3构成膜器件的基本要素414
7.1.3.1膜415
7.1.3.2支撑物或连接物416
7.1.3.3流道417
7.1.3.4密封418
7.1.3.5外壳418
7.1.3.6外接口与连接419
7.2板框式419
7.2.1板框式膜组件的特点419
7.2.2系紧螺栓式膜组件423
7.2.3耐压容器式膜组件423
7.2.4褶叠式膜组件423
7.2.5碟片式膜组件424
7.2.5.1碟片式膜组件的特点425
7.2.5.2碟片（垫套）式膜组件的应用426
7.2.6浸没式膜组件427
7.3圆管式430
7.3.1圆管式膜组件的特点431
7.3.2内压型433
7.3.2.1内压型单管式433
7.3.2.2内压型管束式433
7.3.2.3薄层流道式434
7.3.3外压型434
7.3.3.1外压型单管式434
7.3.3.2外压型多管式435
7.3.3.3外压型槽棒式435
7.3.4无机膜组件435
7.4螺旋卷式437
7.4.1螺旋卷式膜组件的特点437
7.4.2螺旋卷式膜组件的结构438
7.4.3制造中应注意的问题440
7.4.3.1部件和材料的选择440
7.4.3.2膜材料的选择440
7.4.3.3黏结与密封441
7.4.3.4其他441
7.5中空纤维式442
7.5.1中空纤维式膜组件的特点443
7.5.2中空纤维式膜组件的排列方式443
7.5.2.1轴流型444
7.5.2.2径流型444
7.5.2.3纤维卷筒型444
7.5.2.4帘式型445
7.5.3中空纤维式膜组件的结构445
7.5.3.1单封头式445
7.5.3.2双封头式445
7.5.3.3可拆卸式446
7.5.3.4浸没式446
7.6电渗析器447
7.6.1电渗析器的结构类型448
7.6.2电渗析器的主要部件448
7.6.2.1隔板449
7.6.2.2隔板网450
7.6.2.3锁紧件451
7.6.2.4配水板（框）451
7.6.2.5保护框452
7.6.3电渗析器结构应具备的条件452
7.7实验室用膜设备452
7.7.1微滤和超滤装置452
7.7.1.1错流过滤器453
7.7.1.2陶瓷过滤元件和系统454
7.7.2反渗透/纳滤装置455
7.7.3气体渗透和无机膜反应器装置458
7.8膜器件设计中应考虑的主要因素459
7.8.1流型与流道459
7.8.2非均匀流动461
7.8.3膜组件性能优化461
7.8.4微滤膜组件设计要点464
7.8.5反渗透膜组件设计要点465
7.8.5.1中空纤维式膜组件465
7.8.5.2螺旋卷式膜组件466
7.8.5.3反渗透法的基本流程467
7.8.6超滤膜组件设计要点468
7.8.7渗透汽化膜组件设计要点468
7.8.7.1膜下游侧真空度对膜分离性能的影响468
7.8.7.2温度极化对膜组件结构的影响469
7.8.7.3膜渗透流率小对膜组件结构和过程的影响469
7.8.8浓差极化470
7.8.8.1浓差极化的危害470
7.8.8.2改善浓差极化的对策470
7.8.9装填密度473
7.8.10密封与粘接474
7.8.11预处理与清洗475
7.8.11.1悬浮固体和胶体的去除475
7.8.11.2微生物（细菌、藻类）的去除475
7.8.11.3可溶性有机物的去除475
7.8.11.4可溶性无机物的去除476
7.8.11.5膜的清洗476
7.9膜器件的特性比较与发展趋势477
7.9.1特性比较477
7.9.2选用原则480
7.9.2.1膜过滤系统的选择480
7.9.2.2膜器件类型的选择481
7.9.3发展趋势483
7.9.3.1中空纤维式膜器件的改进483
7.9.3.2螺旋卷式膜器件的改进483
7.9.3.3平板式膜器件的开发状况485
7.9.3.4其他487
7.10膜器件的规格性能和应用488
7.10.1微滤膜器件的规格性能和应用488
7.10.1.1国产微滤膜器件的规格性能和应用488
7.10.1.2国外微滤膜器件的规格和性能490
7.10.1.3微滤膜按行业分类的应用492
7.10.1.4发展的微孔过滤应用492
7.10.2超滤膜器件的规格性能和应用492
7.10.2.1国产超滤膜器件的规格和性能492
7.10.2.2国外超滤膜器件的规格和性能493
7.10.2.3各种超滤膜器件的主要应用503
7.10.3反渗透膜器件的规格性能和应用503
7.10.3.1国产反渗透膜器件的规格和性能503
7.10.3.2国外反渗透膜器件的规格和性能505
7.10.3.3反渗透膜器件的主要应用509
7.10.4纳滤膜器件的规格和性能510
7.10.4.1国产纳滤膜器件的规模和性能510
7.10.4.2国外纳滤膜器件的规格和性能511
7.10.5电渗析器件的规格性能和应用513
7.10.6气体分离膜器件的规格性能和应用515
7.10.6.1国产气体分离膜器件的规格和性能515
7.10.6.2国外气体分离膜器件的规格和性能515
7.10.6.3气体分离膜器件的主要应用518
7.10.7渗透汽化膜器件概况519
符号表520
参考文献520

第8章反渗透、正渗透和纳滤
8.1概述524
8.1.1发展概况524
8.1.2反渗透、正渗透和纳滤简介525
8.1.3反渗透膜、正渗透膜和纳滤膜及组器件526
8.1.4反渗透过程的特点和应用526
8.1.5正渗透过程的特点和应用526
8.1.6纳滤过程的特点和应用527
8.2分离机理527
8.2.1反渗透分离机理527
8.2.1.1溶解-扩散模型527
8.2.1.2优先吸附-毛细孔流动模型528
8.2.1.3形成氢键模型530
8.2.1.4Donnan平衡模型530
8.2.1.5其他分离模型531
8.2.2正渗透分离机理531
8.2.3纳滤分离机理532
8.2.3.1Donnan平衡模型532
8.2.3.2细孔模型532
8.2.3.3固定电荷模型533
8.2.3.4空间电荷模型533
8.2.3.5静电位阻模型533
8.3膜及其制备533
8.3.1反渗透膜及其制备533
8.3.1.1主要膜材料及其发展概况533
8.3.1.2膜材料的选择534
8.3.1.3膜的分类536
8.3.1.4非对称反渗透膜的制备和成膜机理537
8.3.1.5复合反渗透膜的制备和成膜机理542
8.3.1.6不同构型的膜的制备545
8.3.1.7复合膜的制备546
8.3.2正渗透膜及其制备547
8.3.2.1浸没沉淀膜547
8.3.2.2界面聚合复合膜550
8.3.2.3层层自组装沉积聚电解质膜552
8.3.2.4其他新型FO膜553
8.3.3纳滤膜及其制备554
8.3.3.1相转化法554
8.3.3.2界面聚合法554
8.3.3.3涂覆法555
8.3.3.4表面改性555
8.3.3.5荷正电纳滤膜的制备556
8.3.3.6耐有机溶剂纳滤膜的制备557
8.4膜结构与性能表征560
8.4.1反渗透膜及纳滤膜结构与性能表征561
8.4.1.1膜结构与表面性质表征方法561
8.4.1.2膜性能表征方法565
8.4.1.3结构和性能的关系566
8.4.2正渗透膜结构与性能表征567
8.4.2.1正渗透膜基膜的形态与表征567
8.4.2.2正渗透膜选择层的形态与表征570
8.4.2.3正渗透膜性能表征574
8.5膜组器件技术575
8.5.1反渗透膜组器件技术575
8.5.2正渗透膜组器件技术581
8.5.2.1板框式组件581
8.5.2.2卷式膜组件583
8.5.2.3中空纤维式膜组件586
8.5.3纳滤膜组器件技术587
8.6工艺过程设计590
8.6.1反渗透工艺过程设计590
8.6.1.1系统设计要求590
8.6.1.2浓差极化591
8.6.1.3溶度积和饱和度594
8.6.1.4过程基本方程式594
8.6.1.5工艺流程及其特征方程598
8.6.1.6装置的组件配置和性能607
8.6.1.7基本设计内容和过程609
8.6.2正渗透工艺过程设计611
8.6.2.1正渗透工艺应用场所611
8.6.2.2正渗透过程汲取液选择612
8.6.2.3正渗透工艺操作模式615
8.6.2.4浓差极化616
8.6.2.5正渗透模块设计618
8.6.2.6正渗透工艺流程设计619
8.6.3纳滤膜工艺过程设计621
8.6.3.1进水水质621
8.6.3.2产品水质和水量621
8.6.3.3膜和组器的选择621
8.6.3.4回收率621
8.6.3.5产水量随温度的变化622
8.6.3.6工艺流程622
8.7系统与运行622
8.7.1反渗透系统和纳滤系统及其运行622
8.7.1.1预处理系统622
8.7.1.2反渗透和纳滤装置645
8.7.1.3辅助设备和主要零部件649
8.7.1.4设备的操作与维修655
8.7.1.5清洗、再生、消毒和存放技术660
8.7.1.6计算机监控666
8.7.2正渗透系统及其运行670
8.7.2.1正渗透系统工程应用时的潜在问题及相应对策670
8.7.2.2压力阻尼渗透发电系统实际运行中的问题及应对策略674
8.8典型应用案例676
8.8.1反渗透典型应用案例676
8.8.1.1海水淡化676
8.8.1.2苦咸水淡化681
8.8.1.3纯水和超纯水制备683
8.8.1.4反渗透脱水浓缩692
8.8.1.5反渗透法废液处理696
8.8.2正渗透典型应用案例699
8.8.2.1海水淡化700
8.8.2.2废水处理与纯化702
8.8.2.3应急供水705
8.8.2.4制药工程707
8.8.2.5清洁能源707
8.8.3纳滤典型应用案例709
8.8.3.1市政给水工程709
8.8.3.2市政污水工程710
8.8.3.3纳滤膜软化711
8.8.3.4纳滤纯化和浓缩712
8.9过程经济性716
8.9.1成本考虑的基础716
8.9.2直接投资成本717
8.9.3间接投资成本718
8.9.4操作成本718
8.9.5投资回收成本720
8.9.6评价成本的方法720
8.9.7敏感性分析721
8.9.7.1投资成本的敏感性研究722
8.9.7.2总生产成本与工厂产量的关系722
8.9.7.3操作费用敏感性研究723
8.9.8小规模和特种系统724
8.9.9国内外反渗透代表性成本示例725
8.9.10国内外正渗透代表性成本示例725
8.9.10.1正渗透脱盐工厂理论成本分析726
8.9.10.2正渗透脱盐工厂实际运行成本示例：现代水务公司727
8.9.10.3正渗透系统用于处理垃圾渗沥液成本分析：HTI公司728
8.9.11国内外纳滤代表性成本示例729
8.10展望730
符号表730
参考文献732

第9章超滤和微滤
9.1超滤概述746
9.1.1国内外发展概况746
9.1.2超滤分离的特性和应用范围746
9.1.3超滤过程的基本原理747
9.1.3.1基本模型747
9.1.3.2表面力-孔流动模型747
9.1.3.3阻塞迁移模型748
9.2超滤膜749
9.2.1超滤膜材料749
9.2.1.1有机高分子材料749
9.2.1.2无机陶瓷材料752
9.2.1.3多孔金属材料753
9.2.2超滤膜的结构与性能表征753
9.2.2.1结构表征753
9.2.2.2性能表征753
9.2.3超滤膜的制备方法757
9.2.3.1有机超滤膜的制备方法757
9.2.3.2无机超滤膜的制备方法763
9.2.4制膜设备763
9.2.4.1平板膜制膜设备763
9.2.4.2TIPS法制中空纤维膜的设备及工艺流程764
9.2.4.3NIPS法制超滤膜的设备及工艺流程764
9.2.4.4双层中空纤维膜制膜设备765
9.2.4.5核径迹法制膜设备765
9.2.5膜材料改性765
9.2.5.1膜材料的化学改性方法766
9.2.5.2膜材料的物理改性方法769
9.2.6超滤膜的保存方法769
9.3超滤膜组件与超滤工艺770
9.3.1超滤膜组件770
9.3.2超滤工艺与装置770
9.3.3超滤过程模拟与计算774
9.3.3.1流体力学基础774
9.3.3.2CFD求解过程778
9.3.3.3CFD模拟实例779
9.4超滤工程设计781
9.4.1浓差极化和膜污染781
9.4.1.1基本原理781
9.4.1.2浓差极化782
9.4.1.3膜污染783
9.4.2预处理785
9.4.3超滤系统工艺流程设计787
9.4.3.1工艺流程787
9.4.3.2UF浓缩787
9.4.3.3UF精制788
9.4.3.4UF集成技术788
9.4.3.5UF工艺参数的选择（基本概念）789
9.4.3.6超滤工程举例791
9.5超滤装置的操作参数793
9.5.1流速793
9.5.2操作压力及压力降793
9.5.3回收比和浓缩水排放量793
9.5.4工作温度794
9.6超滤系统的运行管理794
9.6.1预处理系统794
9.6.1.1预处理的意义794
9.6.1.2预处理工艺和设备794
9.6.2物理清洗法797
9.6.3化学清洗法798
9.6.4配套设备与维修保养799
9.6.4.1配套设备799
9.6.4.2操作管理与维修保养800
9.7超滤技术的应用801
9.7.1净化801
9.7.1.1制水工业801
9.7.1.2无菌液体食品制造802
9.7.1.3医疗医药方面的应用803
9.7.2浓缩803
9.7.2.1在食品、发酵工业中的应用803
9.7.2.2在乳品工业中的应用804
9.7.2.3在医疗方面的应用804
9.7.2.4在生物制剂方面的应用805
9.7.3废水处理806
9.7.3.1肉类加工厂废弃物处理806
9.7.3.2在豆制品工业中的应用806
9.7.3.3在涂装工业中的应用807
9.7.3.4纤维工业废水处理808
9.7.3.5选矿废水处理808
9.7.3.6电镀废水处理809
9.7.4其他应用809
9.8微滤810
9.8.1国内外发展概况810
9.8.2微孔滤膜的主要特性和应用概述811
9.8.3微孔滤膜的材质、品种和规格812
9.9微孔膜过滤的分离机理813
9.9.1并流微过滤814
9.9.1.1表面过滤机理814
9.9.1.2深层过滤机理817
9.9.2错流微过滤819
9.9.2.1浓差极化机理819
9.9.2.2惯性提升基理820
9.9.2.3错流微过滤的过渡态821
9.10微孔滤膜的制备822
9.10.1相转化法822
9.10.1.1非溶剂致相分离法822
9.10.1.2热致相分离法及反向热致相分离法823
9.10.2熔融拉伸法823
9.10.3烧结法823
9.10.4核径迹法824
9.11微孔滤膜的结构和理化性能测定824
9.11.1一般性能测定826
9.11.1.1外观检查826
9.11.1.2厚度测定826
9.11.1.3通量测定827
9.11.2微孔滤膜孔性能测定827
9.11.2.1起泡点压力827
9.11.2.2平均孔径测定828
9.11.2.3孔径分布测定829
9.11.2.4孔隙率测定830
9.11.3微孔滤膜化学兼容性能测试831
9.11.4微孔滤膜可提取物测定831
9.11.5微孔滤膜生物安全性832
9.12微孔膜过滤器832
9.12.1概述832
9.12.2平板式微孔膜过滤器832
9.12.3筒式微孔膜过滤器833
9.12.4实验室用微孔膜过滤器835
9.12.5选择过滤器需要注意的几个因素835
9.13微孔膜过滤技术的应用835
9.13.1概述835
9.13.2微孔膜过滤在制药工业中的应用836
9.13.3微孔膜过滤在医疗卫生中的应用837
9.13.4微孔膜过滤在实验室研究与分析检测中的应用838
9.13.5微孔膜过滤在食品工业中的应用841
9.13.6微孔膜过滤在电子工业中的应用842
9.13.7微孔膜过滤在石油天然气开采中的应用844
9.13.8微孔膜过滤在电力工业中的应用845
9.13.9微孔膜过滤在航天工业中的应用845
9.13.10微孔膜过滤在水处理中的应用845
9.13.11微孔膜过滤在民用保健等方面的应用846
符号表847
参考文献848

第10章渗析
10.1概述858
10.2渗析膜859
10.2.1渗析膜的结构859
10.2.1.1膜的形态860
10.2.1.2膜的孔径和孔隙率860
10.2.2渗析膜的材质860
10.2.2.1荷电膜860
10.2.2.2非荷电膜860
10.2.3渗析膜的理化性能及其表征862
10.2.3.1传质阻力862
10.2.3.2溶质透过系数863
10.2.3.3过滤系数864
10.2.3.4含水率864
10.2.3.5渗析效率有关参数864
10.2.3.6膜的机械强度测试865
10.2.4透析膜生物相容性及其相关指标865
10.2.4.1对血细胞的影响866
10.2.4.2对补体系统的激活866
10.2.4.3对凝血系统的影响867
10.2.4.4对免疫系统的影响867
10.3渗析原理和过程868
10.3.1溶解-扩散模型868
10.3.2多孔模型869
10.3.2.1多孔-流动（PF）模型869
10.3.2.2改进的表面力-多孔流动（MD-SF-PF）模型870
10.3.3渗透导管中的层流传质871
10.3.4渗析中的传质参数873
10.3.5血液透析中的传质过程875
10.3.5.1溶质清除原理876
10.3.5.2水的清除原理878
10.4渗析膜组件设计879
10.4.1渗（透）析器的设计879
10.4.1.1概述879
10.4.1.2纤维尺寸和数目879
10.4.1.3流动样式880
10.4.1.4壳侧压降881
10.4.1.5总传质性能预测881
10.4.1.6膜组件设计883
10.4.2血液净化膜及透析器883
10.4.2.1血液净化膜883
10.4.2.2血液透析器886
10.4.3其他渗（透）析器889
10.4.3.1工业用渗析器889
10.4.3.2实验室用透析装置891
10.4.4过程和系统设计892
10.4.4.1间歇式892
10.4.4.2多级操作893
10.4.4.3连续逆流操作894
10.5渗析的应用895
10.5.1工业应用895
10.5.2生物医学应用895
10.5.2.1血液透析896
10.5.2.2血液滤过（hemofiltration，HF）903
10.5.2.3血液灌流（hemoperfusin，HP）906
10.5.2.4血浆分离907
10.5.2.5其他生物医学应用909
10.5.3市场及成本控制909
10.5.3.1概述909
10.5.3.2渗析法净化水成本估算909
10.5.3.3人工肾透析的成本估算910
符号表911
参考文献912

第11章离子交换膜过程
11.1概述916
11.1.1离子交换膜发展概况916
11.1.2离子交换膜应用简介917
11.1.2.1扩散渗析917
11.1.2.2电渗析917
11.1.2.3双极膜电渗析921
11.1.2.4电纳滤924
11.1.2.5膜电解925
11.1.2.6燃料电池926
11.1.2.7液流电池927
11.2基础理论929
11.2.1Donnan平衡理论929
11.2.2电渗析传质过程理论931
11.2.3电渗析过程极化935
11.2.3.1极化电流公式的推导935
11.2.3.2极化现象的研究方法939
11.2.3.3极化现象的解释947
11.2.3.4影响极化电流的因素950
11.2.4双极膜水解离理论952
11.3离子交换膜制备955
11.3.1离子交换膜基本性能参数及表征955
11.3.1.1离子交换膜常规参数及表征方法955
11.3.1.2燃料电池隔膜表征方法959
11.3.1.3液流电池隔膜表征方法959
11.3.2异相膜制备962
11.3.3半均相膜制备962
11.3.4均相膜制备963
11.3.5双极膜制备方法965
11.3.6液流电池隔膜制备方法968
11.3.6.1液流电池概述968
11.3.6.2液流电池隔膜特征968
11.3.6.3液流电池隔膜分类与制备方法968
11.3.7全氟磺酸膜制备方法970
11.3.8燃料电池膜制备方法971
11.3.8.1燃料电池离子交换膜的功能及要求971
11.3.8.2燃料电池用离子交换膜的种类及结构972
11.3.8.3膜的关键参数指标975
11.3.8.4膜的制备及其离子传递通道的优化方法976
11.3.8.5膜的稳定性978
11.3.9商品化离子交换膜979
11.4离子交换膜装置及工艺设计982
11.4.1扩散渗析器982
11.4.1.1概述982
11.4.1.2扩散渗析膜982
11.4.1.3扩散渗析效率有关参数983
11.4.1.4板框式扩散渗析器984
11.4.1.5螺旋卷式扩散渗析器984
11.4.2扩散渗析工艺设计985
11.4.3电渗析器987
11.4.3.1压滤型电渗析器结构987
11.4.3.2电渗析器水力学设计988
11.4.3.3电渗析电极992
11.4.3.4电渗析器组装方式996
11.4.4电渗析工艺设计997
11.4.4.1基础计算式997
11.4.4.2极限电流密度的确定999
11.4.4.3常用流程及计算式1004
11.4.4.4原水的利用1006
11.4.4.5EDR装置1010
11.4.4.6预处理1013
11.4.4.7电渗析脱盐场地的布置1015
11.5离子交换膜应用1017
11.5.1水处理及回用1017
11.5.1.1天然水脱盐1017
11.5.1.2海水淡化1022
11.5.1.3纯水制备1023
11.5.1.4酸碱废液处理1025
11.5.1.5煤化工废水处理1028
11.5.2物料脱盐1030
11.5.2.1氨基酸脱盐1031
11.5.2.2酱油脱盐1033
11.5.3清洁生产1034
11.5.4能源转化与储能技术领域的应用1040
11.5.4.1能源转换与储能用膜概述1040
11.5.4.2燃料电池1042
11.5.4.3全钒液流电池1044
11.5.4.4电解水制氢过程1046
11.5.4.5反向电渗析浓差发电过程1047
11.5.4.6氯碱电解过程1048
11.6离子交换膜过程发展动向1050
11.6.1发展现状1050
11.6.1.1水处理及回用1050
11.6.1.2物料脱盐1051
11.6.1.3清洁生产1051
11.6.1.4能源转化和储能1051
11.6.2发展趋势1052
11.6.2.1系列化均相膜研究开发1052
11.6.2.2用于电池的新型电解质膜开发1052
11.6.2.3自具微孔离子膜的开发和应用1052
11.6.2.4一/二价离子选择性分离膜的开发1052
11.6.2.5双极膜技术1053
11.6.2.6离子交换膜成套装置的优化1053
11.6.2.7离子交换膜应用新体系1053
符号表1053
参考文献1055

第12章气体膜分离过程
12.1引言1068
12.1.1气体膜分离特点1068
12.1.2气体膜分离现状1069
12.1.2.1主要气体膜分离过程1069
12.1.2.2多种分离工艺集成过程1070
12.2气体分离膜材料及分离原理1072
12.2.1膜分类1072
12.2.2气体分离膜材料（按材料化学分类）1073
12.2.2.1有机高分子膜材料1073
12.2.2.2无机材料1079
12.2.2.3有机微孔聚合物材料1080
12.2.2.4有机无机杂化膜1081
12.2.2.5促进传递膜1081
12.2.3气体分离膜材料（按分离过程分类）1082
12.2.3.1H2回收1082
12.2.3.2天然气中He回收1082
12.2.3.3O2/N2分离1083
12.2.3.4CO2分离1085
12.2.3.5空气及天然气脱湿1089
12.2.3.6VOCs回收1090
12.2.3.7C4～C8同分异构体的分离1090
12.2.3.8烯烃/烷烃分离1091
12.2.4气体膜分离原理1091
12.2.4.1分子流及黏性流1091
12.2.4.2表面扩散流1093
12.2.4.3毛细管凝聚机理1095
12.2.4.4分子筛分机理1095
12.2.4.5溶解-扩散机理1096
12.2.4.6双吸附-双迁移机理1102
12.2.4.7复合膜传质机理1107
12.2.4.8混合基质膜气体渗透机理1108
12.2.4.9促进传递机理1108
12.3气体分离膜制造方法1112
12.3.1烧结法1113
12.3.2拉伸法1113
12.3.3熔融法1113
12.3.4核径迹法1113
12.3.5水面展开法1114
12.3.6相转化法1114
12.3.6.1蒸汽诱导相分离法1114
12.3.6.2溶剂蒸发凝胶法1115
12.3.6.3热致相分离法1115
12.3.6.4湿法制膜1117
12.3.6.5干法制膜1117
12.3.6.6干-湿法制膜1117
12.3.6.7双浴法制膜1121
12.3.6.8共挤出法制膜1122
12.3.7包覆法1123
12.3.8界面聚合法复合膜制造方法1124
12.3.8.1界面聚合制膜原理及其特点1124
12.3.8.2界面聚合法在气体分离膜制备中的应用1125
12.3.8.3界面聚合成膜机理研究进展1125
12.3.9炭膜制备方法1126
12.3.10热致重排聚合物膜制备方法1127
12.3.11混合基质膜制备方法1129
12.3.12气体分离膜制造工艺1130
12.3.12.1平板膜制造工艺1130
12.3.12.2中空纤维膜制造工艺1132
12.3.12.3膜制备过程的主要影响因素1133
12.3.12.4支撑层孔结构形成机理1139
12.4相转化成膜机理1141
12.4.1铸膜液体系热力学1141
12.4.2铸膜液在蒸发过程传质动力学1153
12.4.3铸膜液在沉浸过程传质动力学1155
12.4.4传质动力学模型应用实例1160
12.5气体分离膜结构及性能表征1163
12.5.1分离膜结构1163
12.5.1.1膜孔径1163
12.5.1.2膜孔隙率1164
12.5.1.3膜厚1165
12.5.2分离膜形貌表征技术1165
12.5.3分离膜结构表征方法1166
12.5.4分离膜性能1169
12.5.4.1溶解度系数1169
12.5.4.2扩散系数1171
12.5.4.3渗透系数1172
12.5.4.4理想分离系数1175
12.5.5中空纤维膜耐压性能1175
12.5.6影响分离膜性能的其他重要因素1176
12.5.6.1膜耐热性1176
12.5.6.2膜寿命1176
12.5.6.3玻璃态聚合物膜的塑化现象1178
12.5.6.4原料气中杂质影响1180
12.5.6.5膜的应用条件1181
12.5.6.6膜材料的加工性能1182
12.6膜分离器1182
12.6.1引言1182
12.6.2流型1184
12.6.3螺旋卷式分离器1185
12.6.4中空纤维式分离器1186
12.6.5叠片式分离器1189
12.7分离器的模型化及过程设计1191
12.7.1分离器的设计模型1191
12.7.1.1渗透速率方程和有关定义1191
12.7.1.2影响膜分离结果的几个重要因素1194
12.7.1.3中空纤维式分离器用于二组分分离的严格算法1197
12.7.1.4二组分分离的简化算法1202
12.7.1.5中空纤维膜分离器用于多组分分离的模型化1205
12.7.1.6中空纤维膜分离器的设计型计算1207
12.7.1.7两组分分离螺旋卷式分离器的模型化1208
12.7.2化工计算软件在膜过程中的应用1209
12.7.3膜分离及其耦合流程的设计方法1210
12.7.3.1流程设计优化的判据1210
12.7.3.2多级膜流程结构优化设计1214
12.7.3.3含烃石化尾气复杂体系膜耦合流程设计1216
12.8应用1222
12.8.1氢的分离与回收1222
12.8.1.1合成氨中氢的分离与回收1222
12.8.1.2煤制甲醇中氢的分离与回收1224
12.8.1.3炼厂气的氢气和轻烃回收1225
12.8.1.4其他含氢气体中氢的分离1227
12.8.2氦的分离与回收1229
12.8.3膜法富氧与富氮1232
12.8.3.1膜法制富氧空气的操作方式1232
12.8.3.2医疗用富氧机1232
12.8.3.3氧吧空调1233
12.8.3.4富氧助燃1233
12.8.3.5经济性分析1235
12.8.3.6膜法富氮1235
12.8.4二氧化碳的分离1239
12.8.4.1天然气脱CO21239
12.8.4.2沼气脱CO21241
12.8.4.3烟道气捕集CO21244
12.8.5天然气及空气脱湿1246
12.8.5.1天然气脱湿1246
12.8.5.2空气脱湿1247
12.8.6有机蒸气膜法脱除与回收1249
12.8.6.1工艺流程1250
12.8.6.2操作参数对分离性能的影响1254
12.8.6.3膜法与吸收等传统方法的比较1255
12.8.7膜法气/液分离1256
12.8.8体外膜肺氧合1259
符号表1262
参考文献1265

第13章气固分离膜
13.1概述1294
13.1.1气固分离膜的发展现状1294
13.1.2气固分离膜的结构1294
13.1.3主要应用领域1296
13.2气固分离膜材料与制备方法1296
13.2.1有机膜材料1296
13.2.1.1聚四氟乙烯膜1296
13.2.1.2纳米纤维膜1296
13.2.2金属膜材料1297
13.2.3陶瓷膜材料1298
13.2.3.1碳化硅膜1298
13.2.3.2陶瓷纤维膜1299
13.2.4气固分离膜的主要制备方法1300
13.2.4.1双向拉伸法制备PTFE膜1300
13.2.4.2纳米纺丝法1300
13.2.4.3烧结助剂法1302
13.2.4.4铸造法1302
13.3气固分离原理1303
13.3.1粉尘分离原理1303
13.3.1.1惯性碰撞1304
13.3.1.2直接拦截1304
13.3.1.3扩散效应1305
13.3.1.4重力沉降1305
13.3.1.5静电效应1306
13.3.1.6各种分离机理的协同效应1306
13.3.2影响气体过滤的因素1307
13.3.2.1颗粒物的影响1307
13.3.2.2气体性质的影响1308
13.3.2.3操作条件的影响1308
13.4气固分离膜的性能评价1309
13.4.1微结构表征1309
13.4.1.1孔径1309
13.4.1.2孔隙率1309
13.4.1.3厚度1310
13.4.2膜材料稳定性1310
13.4.2.1热膨胀性1310
13.4.2.2化学稳定性1311
13.4.3气固分离性能1311
13.4.3.1分离效率1311
13.4.3.2穿透率或截留率1311
13.4.3.3净化系数1312
13.4.3.4过滤阻力1312
13.5气固分离膜装备1312
13.5.1终端过滤模式1312
13.5.2壁流过滤模式1314
13.5.3错流过滤模式1315
13.6典型应用案例1315
13.6.1室内空气净化1315
13.6.1.1家用空气净化器1316
13.6.1.2洁净空间1316
13.6.2工业尾气净化1317
13.6.2.1概述1317
13.6.2.2燃煤锅炉尾气净化1317
13.6.2.3煅烧炉尾气净化1318
13.6.2.4焚烧炉尾气净化1319
13.6.3工业烟气净化1320
13.6.3.1IGCC烟气净化1320
13.6.3.2多晶硅烟气净化1321
13.6.4气体中超细颗粒回收1321
13.6.4.1染料生产1321
13.6.4.2钛白粉回收1322
13.6.4.3催化剂回收1323
符号表1324
参考文献1324

第14章渗透汽化
14.1概述1330
14.1.1过程简介1330
14.1.2过程特点和适用领域1332
14.2基本理论1332
14.2.1基本原理和主要操作指标1332
14.2.2推动力和传递过程1334
14.2.3组分在膜中的溶解和传递过程1335
14.2.3.1溶解平衡1335
14.2.3.2扩散过程1339
14.2.3.3非平衡溶解扩散模型1340
14.2.4液相主体到膜面的传递过程1340
14.2.5影响过程的因素1341
14.3渗透汽化膜1344
14.3.1渗透汽化膜和膜材料1344
14.3.1.1膜的种类1344
14.3.1.2渗透汽化膜性能的测定1344
14.3.2渗透汽化膜的制造1345
14.4渗透汽化膜器1345
14.4.1概述1345
14.4.2渗透汽化膜组件示例1346
14.5过程设计1347
14.5.1流程与工艺条件的确定1347
14.5.1.1典型流程1347
14.5.1.2主要工艺条件1348
14.5.1.3膜组件的流程1349
14.5.1.4操作方式1350
14.5.2进行过程设计的实验依据1350
14.5.3膜面积的计算1351
14.5.4过程的热衡算1352
14.5.5膜组件内的流动阻力1352
14.5.6渗透汽化过程的附属设备1352
14.5.7过程优化和强化1353
14.5.8原料的预处理和膜的清洗1353
14.6应用1353
14.6.1概述1353
14.6.2有机物脱水1353
14.6.2.1恒沸液的脱水1354
14.6.2.2非恒沸液的脱水1356
14.6.3水中有机物的脱除1358
14.6.4有机物的分离1361
14.6.5蒸气渗透1361
14.6.6与其他过程的联合应用1364
14.7回顾与展望1364
符号表1365
参考文献1366

第15章液膜
15.1引言1372
15.2概述1373
15.2.1定义与特征1373
15.2.2液膜构型1374
15.2.3液膜传质机理1378
15.3乳化液膜1382
15.3.1制乳1382
15.3.1.1膜配方1382
15.3.1.2乳液制备1390
15.3.1.3乳化液膜体系1392
15.3.2分散、提取与泄漏、溶胀1394
15.3.2.1分散操作方式1394
15.3.2.2乳状液球直径1395
15.3.2.3提取1396
15.3.2.4泄漏1401
15.3.2.5溶胀1402
15.3.3破乳1405
15.3.3.1破乳的主要方法1405
15.3.3.2静电破乳1407
15.3.3.3膜法破乳1413
15.3.3.4冷冻解冻法破乳1414
15.4支撑液膜1416
15.4.1支撑液膜的类型1416
15.4.1.1平板型支撑液膜1416
15.4.1.2中空纤维管型支撑液膜1417
15.4.1.3其他类型支撑液膜1417
15.4.1.4支撑体材料1418
15.4.1.5膜液1419
15.4.2支撑液膜传质推动力——热力学问题1421
15.4.2.1耦合传输过程的亲和能1421
15.4.2.2相界面的热力学性质1422
15.4.3支撑液膜的传质动力学1423
15.4.3.1平板型支撑液膜的传质动力学1423
15.4.3.2中空纤维管支撑液膜的传质动力学1426
15.4.4支撑液膜工程问题1429
15.4.4.1支撑液膜不稳定的原因1429
15.4.4.2支撑液膜稳定性改进措施1431
15.5Pickering液膜1433
15.5.1Pickering液膜配方1433
15.5.2Pickering液膜稳定机制及影响因素1434
15.5.2.1Pickering液膜稳定机制1434
15.5.2.2Pickering液膜稳定性影响因素1435
15.5.3Pickering液膜的制备方法1438
15.5.4Pickering液膜的破乳1439
15.5.4.1Pickering乳液破乳过程1439
15.5.4.2Pickering乳液破乳方法1440
15.6液膜应用1442
15.6.1湿法冶金1442
15.6.1.1铀的分离1442
15.6.1.2稀土元素的分离与回收1443
15.6.1.3金的提取1444
15.6.2废水处理1444
15.6.2.1含酚废水处理1444
15.6.2.2含氨废水处理1446
15.6.2.3废水中重金属去除和贵金属回收1446
15.6.3气体和烃类混合物分离1447
15.6.3.1O2/N2分离1447
15.6.3.2酸性气体分离1448
15.6.3.3烃类混合物分离1448
15.6.4其他应用1448
15.6.4.1生物制品提取1448
15.6.4.2生物脱毒与药物释放1449
15.6.4.3微球颗粒制备1449
15.6.5Pickering 液膜在不同领域的应用1450
15.6.5.1Pickering乳液在石油行业中的应用1450
15.6.5.2Pickering乳液用于复合材料制备1452
15.6.5.3Pickering乳液在药物载体制备方面的应用1454
15.6.5.4Pickering乳液在食品中的应用1456
15.7液膜新进展1460
15.7.1流动液膜（包容液膜）分离1460
15.7.2液体薄膜渗透萃取1461
15.7.3静电式准液膜分离1461
15.7.4内耦合萃反交替分离1463
符号表1464
参考文献1466

第16章膜反应器
16.1概述1492
16.1.1膜反应器的定义和特征1494
16.1.2膜反应器中膜的功能1495
16.1.2.1膜的分离功能1495
16.1.2.2膜的载体功能1496
16.1.2.3膜的分隔功能和复合功能1496
16.1.3膜反应器的分类1498
16.1.3.1分类简介1498
16.1.3.2常见膜反应器名称、类型1499
16.1.4膜的选择1500
16.1.4.1膜的选择原则1500
16.1.4.2膜反应器中的无机膜1502
16.2面向生物反应过程的膜生物反应器1504
16.2.1概述1504
16.2.1.1膜生物反应器的构成与分类1504
16.2.1.2膜生物反应器的基本特点1506
16.2.1.3膜生物反应器的膜材料与膜组件1506
16.2.2膜生物反应器的膜污染与影响因素1510
16.2.2.1膜污染的概念1510
16.2.2.2膜污染的特征与分类1510
16.2.2.3膜污染的影响因素1512
16.2.3膜生物反应器的膜污染控制1515
16.2.3.1膜污染综合控制策略1515
16.2.3.2膜系统运行条件优化1516
16.2.3.3混合液调控1518
16.2.3.4膜污染清洗1519
16.2.4膜生物反应器工艺设计要点1521
16.2.4.1预处理与一级处理1521
16.2.4.2生物处理工艺的选择1522
16.2.4.3生物处理工艺参数的选取1524
16.2.4.4生物处理工艺的基本计算1525
16.2.4.5膜过滤系统1533
16.2.5膜生物反应器在废水处理中的应用1536
16.2.5.1膜生物反应器应用发展概要1536
16.2.5.2膜生物反应器处理城镇污水1537
16.2.5.3膜生物反应器处理工业废水1538
16.2.5.4膜生物反应器处理垃圾渗滤液1540
16.3面向催化反应过程的多孔膜反应器1540
16.3.1膜反应器的分类1540
16.3.2萃取型多孔膜反应器1541
16.3.2.1选择性产品移除1541
16.3.2.2催化剂截留1542
16.3.3分布型多孔膜反应器1544
16.3.3.1气相体系1544
16.3.3.2液-液体系1544
16.3.3.3气-液体系1545
16.3.4接触型多孔膜反应器1546
16.3.4.1催化膜的制备1546
16.3.4.2催化加氢反应1547
16.3.4.3催化脱氢反应1547
16.3.4.4催化氧化反应1548
16.4面向气相催化反应过程的致密膜反应器1548
16.4.1概述1548
16.4.2致密膜反应器中膜的功能1549
16.4.2.1膜分布1549
16.4.2.2选择性分离1550
16.4.2.3多反应耦合1550
16.4.3致密膜反应器中膜的构型及制备1550
16.4.3.1片式膜及平板式膜1550
16.4.3.2管式膜1551
16.4.3.3中空纤维膜1552
16.4.3.4催化剂装填方式1552
16.4.4致密膜反应器在催化反应中的应用1553
16.4.4.1涉及烃类氧化的反应1554
16.4.4.2涉及氧化物分解反应1556
16.4.4.3涉及多个催化反应耦合1557
符号表1557
参考文献1558

第17章膜接触器
17.1膜接触器概述1576
17.1.1膜材料的选择及其浸润性能对传质的影响1577
17.1.2膜组件结构1578
17.1.3传质过程的影响因素1578
17.1.3.1两相流速1578
17.1.3.2两相压差1578
17.1.3.3流动方式1578
17.1.4膜接触器中的传质强化手段1579
17.1.5膜接触器的应用1580
17.2膜萃取1580
17.2.1概述1580
17.2.2膜萃取的研究方法及传质模型1581
17.2.2.1膜萃取的研究方法1581
17.2.2.2膜萃取传质模型1582
17.2.3膜萃取过程的影响因素1584
17.2.3.1相平衡分配系数与膜材料浸润性能的影响1584
17.2.3.2体系界面张力和穿透压1585
17.2.4中空纤维膜萃取过程的设计1585
17.2.5同级萃取-反萃膜过程1586
17.2.5.1同级萃取-反萃膜过程的特点1586
17.2.5.2同级萃取-反萃膜过程的传质模型1587
17.2.5.3同级萃取-反萃膜过程的强化1587
17.2.6膜萃取过程的应用1588
17.2.6.1金属萃取1588
17.2.6.2有机废水处理1589
17.2.6.3发酵-膜萃取耦合过程1589
17.2.6.4膜萃取过程防止溶剂污染的优势1590
17.2.6.5其他领域的应用1590
17.3膜吸收1590
17.3.1概述1590
17.3.2膜材料的选择1592
17.3.3膜吸收过程的传质模型1592
17.3.3.1气体充满膜孔的总传质系数1592
17.3.3.2吸收剂充满膜孔的总传质系数1592
17.3.3.3同时解吸-吸收的总传质系数1593
17.3.3.4膜阻1593
17.3.3.5化学吸收过程的总传质系数1593
17.3.4中空纤维膜吸收过程的设计1594
17.3.4.1管程传质关联式1594
17.3.4.2膜相传质关联式1594
17.3.4.3壳程传质关联式1594
17.3.4.4穿透压1595
17.3.4.5中空纤维膜吸收过程的设计要点1595
17.3.5膜吸收过程的应用1596
17.3.5.1膜吸收过程在生物医学中的应用1596
17.3.5.2膜吸收过程在环保中的应用1597
17.4膜蒸馏1598
17.4.1概述1598
17.4.1.1膜蒸馏过程的种类1598
17.4.1.2膜蒸馏过程的特点1600
17.4.2膜蒸馏的传递模型1600
17.4.2.1传热膜系数和传热量1600
17.4.2.2水通量1601
17.4.3膜蒸馏过程的工艺指标及其影响因素1602
17.4.3.1截留率1602
17.4.3.2水通量及其影响因素1602
17.4.3.3热量利用情况1603
17.4.4膜蒸馏使用的膜材料和膜器1604
17.4.5膜蒸馏过程的应用1605
17.5膜脱气1605
17.5.1概述1605
17.5.2膜法除氧技术的原理1607
17.5.3膜法脱气过程的特点1607
17.5.4脱气膜材料1608
17.5.5膜脱气过程的影响因素1609
17.5.5.1操作条件的影响1609
17.5.5.2膜及膜组件结构的影响1609
17.5.5.3外部条件的影响1611
17.5.6膜脱气过程设计1611
17.5.6.1吹扫解吸模式1611
17.5.6.2真空解吸模式1613
17.5.6.3复合解吸模式1613
17.5.7膜脱气过程的应用前景1615
17.6膜乳化1617
17.6.1概述1617
17.6.2膜乳化原理和装置1618
17.6.2.1膜乳化原理1618
17.6.2.2膜乳化装置1619
17.6.3膜乳化过程的影响因素1619
17.6.3.1膜微结构的影响1620
17.6.3.2膜材料性质1620
17.6.3.3连续相流速1621
17.6.3.4乳化剂1622
17.6.3.5乳化压力对分散相通量的影响1623
17.6.3.6温度和黏度1623
17.6.3.7pH值的影响1623
17.6.4膜乳化的应用1623
17.6.4.1O/W型乳液的应用1624
17.6.4.2W/O型乳液的应用1624
17.6.4.3多相复合型乳液的制备和应用1625
17.6.4.4乳化柴油的制备1625
17.6.4.5在药物控释系统中的应用1626
17.6.4.6食品乳状液的制备1626
17.6.5膜乳化的应用前景1627
17.7膜结晶1627
17.7.1概述1628
17.7.1.1膜结晶过程的特点1628
17.7.1.2膜结晶过程的种类1628
17.7.1.3膜结晶过程与普通结晶过程的对比1629
17.7.2膜结晶的成核与生长1630
17.7.2.1膜界面的非均相成核1630
17.7.2.2膜分离器中的晶体生长1632
17.7.3膜结晶过程的影响因素与关键指标1632
17.7.3.1进料状态1632
17.7.3.2溶剂通量及浓度控制精度1632
17.7.3.3晶体颗粒输送与沉积1633
17.7.3.4晶体粒度分布、晶型和晶习1633
17.7.3.5综合生产能力1634
17.7.4膜结晶的膜材料和膜分离器1634
17.7.5膜结晶过程的应用前景1635
17.7.5.1富盐废水综合处理1635
17.7.5.2高端产品制备1635
符号表1636
参考文献1639

第18章控制释放与微胶囊膜和智能膜
18.1控制释放概述1650
18.1.1控制释放膜的分类1651
18.1.1.1按结合方式分类1651
18.1.1.2按控制方式分类1652
18.1.1.3按作用机制分类1653
18.1.1.4按物理形态分类1655
18.1.2控制释放的主要机制1655
18.1.2.1控制释放机理1655
18.1.2.2传质推动力1661
18.1.2.3释放速率类型1661
18.1.3控制释放膜的材料与制备方法1662
18.1.3.1控制释放膜的常用材料1662
18.1.3.2控制释放膜的制备方法1663
18.1.4控制释放膜的性能评价1666
18.1.4.1控释特性的评价1666
18.1.4.2膜的生物相容性1668
18.2微胶囊膜1669
18.2.1微胶囊的制备材料和方法1670
18.2.2微胶囊的结构与性能评价1674
18.2.2.1形貌与结构1674
18.2.2.2粒度1674
18.2.2.3强度1674
18.2.2.4通透性1675
18.2.2.5生物相容性1676
18.2.2.6生物活性（bioactivity）1676
18.2.3微胶囊的应用实例1676
18.2.3.1人工细胞和人工器官1677
18.2.3.2细胞培养1678
18.2.3.3功能食品1678
18.2.3.4药物释放1680
18.2.3.5化妆品（香精油）1682
18.2.3.6肥料控释1682
18.2.3.7农药控释1683
18.2.4展望1686
18.3智能膜1687
18.3.1智能膜概述1687
18.3.2智能膜种类及特点1688
18.3.2.1开关型智能膜1688
18.3.2.2表面改性型智能膜1688
18.3.2.3整体型智能膜1689
18.3.3智能膜材料与膜过程原理1689
18.3.3.1温度响应型智能膜1689
18.3.3.2pH响应型智能膜1699
18.3.3.3光照响应型智能膜1704
18.3.3.4葡萄糖浓度响应型智能膜1704
18.3.3.5化学分子识别型智能膜1706
18.3.4智能微囊膜系统1707
18.3.4.1温度响应型智能微囊膜1708
18.3.4.2pH响应型智能微囊膜1711
18.3.4.3葡萄糖浓度响应型智能微囊膜1714
18.3.4.4分子识别响应型智能微囊膜1714
18.3.5智能膜应用实例及前景1715
18.3.5.1智能平板膜的应用1715
18.3.5.2智能微囊膜的应用1716
18.3.5.3应用前景展望1718
参考文献1718

第19章典型集成膜过程
19.1基于多膜集成的制浆造纸尾水回用技术1732
19.1.1概述1732
19.1.2膜集成技术在制浆造纸废水处理回用中的应用1733
19.1.3膜集成技术处理回用系统1734
19.1.3.1“超滤 +反渗透”双膜工艺系统1734
19.1.3.2“反渗透 +电渗析”增浓减量系统1735
19.1.4典型工程案例简介1735
19.1.4.1双膜法造纸废水处理回用工程1735
19.1.4.2集成膜法制浆尾水零排放工程1736
19.2基于膜集成技术的抗生素生产新工艺1738
19.2.1概述1738
19.2.2抗生素生产工艺流程1738
19.2.3陶瓷膜澄清工艺1739
19.2.4纳滤膜纯化工艺1740
19.2.5分子筛膜分离-精馏耦合工艺用于溶媒回收1740
19.2.6多膜耦合法抗生素生产案例分析1743
19.2.6.1陶瓷膜超滤与纳滤耦合的膜法硫酸黏杆菌素生产1743
19.2.6.2多膜耦合法用于头孢菌素C生产1744
19.2.6.3超滤与纳滤耦合的膜法林可霉素生产1744
19.3双膜法氯碱生产新工艺1746
19.3.1概述1746
19.3.1.1一次盐水精制1746
19.3.1.2淡盐水除硝1747
19.3.1.3树脂塔工序1747
19.3.1.4电解工序1747
19.3.1.5脱氯工序1748
19.3.2陶瓷膜盐水精制工艺1748
19.3.3陶瓷膜法盐水精制工程案例分析1750
19.3.3.1案例一1750
19.3.3.2案例二1751
19.3.4离子膜电解工艺1753
19.3.5离子膜电解典型案例分析1753
19.3.5.1案例一1753
19.3.5.2案例二1754
19.4基于膜技术的中药现代化1756
19.4.1概述1756
19.4.2超滤膜用于中药注射液除菌工艺1756
19.4.3纳滤膜用于中药浓缩工艺1757
19.4.4典型案例分析1758
19.4.4.1微滤与超滤耦合的膜法枸杞多糖生产1758
19.4.4.2多膜法黄蘑多糖生产1759
19.5基于反应-膜分离耦合技术的化工工艺1760
19.5.1概述1760
19.5.2催化反应-陶瓷膜分离耦合工艺1760
19.5.3外置式陶瓷膜连续反应器1762
19.5.3.1面向催化反应体系的陶瓷膜材料设计方法1762
19.5.3.2反应-膜分离耦合过程协同控制1762
19.5.3.3膜的污染及其控制方法1763
19.5.4典型工程与运行情况1763
19.5.4.1对硝基苯酚加氢制对氨基苯酚反应1763
19.5.4.2苯酚羟基化制苯二酚工艺1764
19.5.4.3环己酮氨肟化制环己酮肟工艺1765
19.6结束语1767
参考文献1767

缩略语表1771

索引1780