膜分離技術基礎（第三版）

第1章緒論1
1.1膜及膜過程1
1.2膜分離過程的特點3
1.3膜分離過程的分類3
課后習題6
參考文獻6

第2章膜的定義、分類、材料、制備及其應用7
2.1膜的定義7
2.2膜的分類7
2.2.1按膜的材料分類7
2.2.2按膜的構型分類7
2.2.3按膜的用途分類8
2.2.4按膜的作用機理分類8
2.3膜材料9
2.3.1高分子分離膜材料9
2.3.2無機膜材料11
2.3.3新型膜材料12
2.4膜的結構13
2.5膜的制備14
2.5.1高分子膜的制備14
2.5.2無機膜的制備方法19
2.6膜性能表征23
2.6.1膜的分離性能23
2.6.2膜的透過性能23
2.6.3膜的物理化學穩(wěn)定性24
2.6.4膜的經(jīng)濟性24
2.7膜缺陷24
2.7.1膜的微觀結構24
2.7.2膜缺陷24
2.8膜的應用25
2.8.1膜的污染和劣化25
2.8.2膜的劣化和污染的防止方法27
課后習題27
參考文獻27

第3章微濾29
3.1概述29
3.2微濾原理及其操作模式31
3.2.1微濾過程31
3.2.2微濾分離機理31
3.2.3微濾操作模式32
3.3微濾過程的數(shù)學描述33
3.3.1基于膜表面吸附量或沉積量的通量模型33
3.3.2基于膜面上物理量變化的通量模型37
3.4典型的微濾膜材料39
3.4.1纖維素酯類39
3.4.2聚酰胺類40
3.4.3氟化合物類40
3.4.4聚烯烴類（除聚氯乙烯）40
3.4.5聚碳酸酯41
3.4.6無機材料類41
3.5微濾膜的制備42
3.5.1相轉化法42
3.5.2溶出法45
3.5.3浸出法（分相法）45
3.5.4核徑跡蝕刻法46
3.5.5拉伸法47
3.5.6輻射固化48
3.5.7燒結法48
3.5.8陽極氧化法49
3.6微濾膜儲存和膜性能的評價方法50
3.6.1微濾膜的儲存50
3.6.2微濾膜的一般性能50
3.6.3微濾膜的形貌及關鍵性能的表征51
3.6.4商業(yè)微濾膜54
3.7微濾裝置（設備）及其應用54
3.7.1微濾裝置（設備）54
3.7.2微濾技術的應用56
課后習題62
參考文獻62

第4章超濾65
4.1概述65
4.2超濾分離原理及操作模式66
4.2.1超濾的過程特點66
4.2.2超濾的分離機理67
4.2.3超濾的操作模式67
4.3超濾過程的數(shù)學描述69
4.3.1現(xiàn)象學模型69
4.3.2孔模型69
4.3.3阻力疊加模型69
4.3.4濃差極化模型與凝膠模型69
4.4超濾膜材料71
4.4.1有機高分子材料71
4.4.2無機材料類72
4.4.3超濾膜材料的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢72
4.5超濾膜的制備73
4.5.1有機高分子超濾膜的制備73
4.5.2無機超濾膜的制備74
4.5.3超濾膜的制備工藝及裝置76
4.5.4超濾膜的儲存方式77
4.5.5超濾膜的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢78
4.6超濾膜結構表征及性能測定78
4.6.1超濾膜的結構特點78
4.6.2超濾膜的結構表征79
4.6.3超濾膜的性能測定81
4.7超濾膜污染及其清洗83
4.7.1超濾膜污染機理83
4.7.2超濾膜污染的影響因素及控制策略84
4.7.3超濾膜的清洗方式88
4.8超濾膜組件及裝置88
4.8.1超濾膜組件的分類及特點88
4.8.2超濾膜組件的排列方式90
4.8.3超濾裝置的配套設備及工藝流程90
4.8.4超濾過程分離效率的強化措施91
4.9超濾技術的應用及發(fā)展前景92
4.9.1超濾技術的應用92
4.9.2超濾技術的發(fā)展前景98
課后習題99
參考文獻99

第5章納濾104
5.1概述104
5.1.1納濾的發(fā)展歷史104
5.1.2納濾的特點106
5.2納濾原理106
5.2.1納濾膜的性能評價106
5.2.2納濾過程的數(shù)學模型108
5.3納濾膜材料116
5.3.1高分子納濾膜材料116
5.3.2無機納濾膜材料119
5.4納濾膜制備119
5.4.1非對稱膜的制備119
5.4.2復合膜的制備120
5.4.3疏松型納濾膜制備122
5.4.4無機膜的制備123
5.4.5膜改性123
5.5納濾工藝及應用124
5.5.1納濾膜組件及設備124
5.5.2納濾技術的工業(yè)應用124
5.6納濾技術的未來發(fā)展趨勢129
課后習題130
參考文獻130

第6章反滲透132
6.1概述132
6.1.1全球反滲透技術的發(fā)展歷程132
6.1.2中國反滲透技術的發(fā)展歷程133
6.1.3反滲透技術的市場概況134
6.2反滲透的基本原理134
6.2.1滲透與反滲透過程134
6.2.2滲透壓及其計算方法135
6.2.3反滲透膜分離機理及分離規(guī)律137
6.3反滲透過程的熱力學137
6.3.1經(jīng)典熱力學137
6.3.2不可逆熱力學138
6.3.3不可逆過程的數(shù)學描述138
6.3.4不可逆過程的熱力學基本方程139
6.4反滲透過程的傳質機理及模型140
6.4.1溶解-擴散理論140
6.4.2優(yōu)先吸附-毛細孔流動理論142
6.4.3形成氫鍵理論148
6.4.4其他傳質理論149
6.5反滲透膜的制備與成膜機理153
6.5.1典型的反滲透膜材料153
6.5.2制膜液的選擇156
6.5.3非對稱反滲透膜的制備工藝158
6.5.4復合型反滲透膜的制備工藝163
6.5.5新型反滲透膜材料及膜性能預測手段168
6.5.6反滲透膜的保存及使用170
6.6反滲透膜的結構表征與性能評價171
6.6.1反滲透膜的結構表征171
6.6.2反滲透膜的性能評價172
6.7反滲透膜的污染及防治措施173
6.7.1膜污染分類173
6.7.2膜污染成因及形成機理173
6.7.3膜污染預防措施177
6.7.4反滲透膜的清洗、消毒和再生182
6.8反滲透分離裝置及膜成型機械裝置186
6.8.1實驗室規(guī)模的膜分離裝置186
6.8.2工業(yè)規(guī)模的膜分離裝置186
6.8.3工業(yè)規(guī)模的膜成型裝置192
6.9膜分離工藝流程及設計194
6.9.1預處理工藝的設計194
6.9.2段與級的概念及膜組件排列組合方式的確定195
6.9.3反滲透的后處理系統(tǒng)199
6.9.4輔助設備及主要零部件202
6.9.5設備的操作與維修203
6.9.6經(jīng)濟性分析203
6.10反滲透的應用案例204
6.10.1海水淡化204
6.10.2苦咸水淡化205
6.10.3純水和超純水生產(chǎn)205
6.10.4料液脫水濃縮211
6.10.5工業(yè)廢水處理及回用213
6.10.6飲用水處理215
6.11反滲透技術的發(fā)展趨勢215
課后習題216
參考文獻216

第7章正滲透220
7.1正滲透概述220
7.2正滲透原理220
7.3正滲透膜過程221
7.3.1正滲透膜過程的特點222
7.3.2內濃差極化與外濃差極化222
7.4典型的正滲透膜材料及其制備方法224
7.4.1醋酸纖維素正滲透膜225
7.4.2聚酰胺復合正滲透膜226
7.4.3聚苯并咪唑正滲透膜226
7.4.4其他正滲透膜材料227
7.5正滲透膜組件228
7.5.1板框式膜組件228
7.5.2螺旋卷式膜組件228
7.5.3管式膜組件229
7.5.4正滲透水袋229
7.6正滲透膜的結構表征及其性能測定230
7.6.1正滲透膜的形態(tài)結構表征230
7.6.2正滲透膜的結構參數(shù)與表征230
7.6.3正滲透膜的性能參數(shù)與測定231
7.7正滲透汲取液232
7.7.1無機汲取液233
7.7.2有機汲取液233
7.7.3揮發(fā)型汲取液233
7.7.4磁性汲取液233
7.7.5水凝膠234
7.8正滲透膜過程的應用234
7.8.1淡化234
7.8.2濃縮235
7.8.3正滲透-膜生物反應器聯(lián)用235
7.8.4能源235
7.9正滲透膜過程的發(fā)展前景236
課后習題236
參考文獻236

第8章滲透汽化239
8.1滲透汽化概述239
8.1.1滲透汽化的發(fā)展歷史及其應用239
8.1.2我國滲透汽化技術的發(fā)展及其應用240
8.2滲透汽化的基本原理240
8.2.1滲透汽化分離機理240
8.2.2滲透汽化操作模式241
8.3滲透汽化過程的數(shù)學描述243
8.3.1溶解-擴散模型243
8.3.2孔流模型245
8.4滲透汽化膜的性能表征245
8.5典型的滲透汽化膜材料246
8.5.1聚合物滲透汽化膜246
8.5.2有機/無機雜化滲透汽化膜248
8.5.3分子篩滲透汽化膜249
8.6滲透汽化膜的制備方法250
8.7滲透汽化的工業(yè)應用及發(fā)展前景251
8.7.1滲透汽化裝置251
8.7.2滲透汽化的應用252
8.7.3滲透汽化應用中存在的問題254
課后習題255
參考文獻255

第9章氣體分離膜258
9.1氣體分離膜概述258
9.2氣體分離膜的分離機理及數(shù)學描述259
9.2.1多孔膜分離機理259
9.2.2非多孔膜分離機理261
9.3典型的氣體分離膜材料263
9.3.1有機高分子材料263
9.3.2無機材料268
9.3.3金屬有機骨架化合物269
9.3.4有機/無機雜化材料270
9.4氣體分離膜的制備271
9.5氣體分離膜的評價273
9.5.1溶解度系數(shù)273
9.5.2滲透系數(shù)274
9.5.3擴散系數(shù)275
9.5.4分離系數(shù)276
9.6氣體分離膜系統(tǒng)及其應用278
9.6.1氣體分離膜系統(tǒng)278
9.6.2氣體分離膜的應用280
9.7氣體分離膜技術未來的發(fā)展方向283
9.8商業(yè)氣體分離膜284
課后習題284
參考文獻285

第10章電滲析與離子交換膜287
10.1電滲析基本原理287
10.1.1電滲析的工作原理287
10.1.2電滲析的基本過程與伴隨過程288
10.2電滲析過程的質量傳遞現(xiàn)象289
10.2.1基本傳質方程289
10.2.2電解質通過離子交換膜的質量傳遞290
10.3面向電滲析過程的離子交換膜291
10.3.1離子交換膜的基本概念291
10.3.2離子交換膜的分類291
10.3.3離子交換膜的制備292
10.3.4離子交換膜的表征295
10.4電滲析器299
10.4.1隔板300
10.4.2電極301
10.5電滲析的應用301
10.5.1電滲析在給水處理中的應用301
10.5.2電滲析在廢水和廢氣處理中的應用302
10.5.3電滲析在化工生產(chǎn)中的應用302
10.5.4電滲析在生物制品和食品
工業(yè)中的應用302
課后習題303
參考文獻303

第11章膜蒸餾306
11.1膜蒸餾的概述306
11.1.1膜蒸餾的原理及特征307
11.1.2膜蒸餾工藝分類308
11.2膜蒸餾傳遞機理309
11.2.1傳質過程309
11.2.2傳熱過程312
11.3膜蒸餾用膜313
11.3.1膜特性參數(shù)313
11.3.2膜材料314
11.3.3膜蒸餾用膜的制備方法316
11.3.4膜蒸餾用膜的疏水改性318
11.3.5膜蒸餾用膜的發(fā)展趨勢318
11.4操作參數(shù)320
11.5膜污染及膜潤濕321
11.6膜組件323
11.7膜組件的優(yōu)化323
11.8膜蒸餾集成過程323
11.9膜蒸餾的應用325
11.10膜蒸餾的發(fā)展方向326
課后習題326
參考文獻326

第12章膜基耦合分離過程及液膜技術330
12.1均相混合物分離過程中的非均相分離問題330
12.2膜接觸器概述331
12.3膜接觸器中膜材料的選擇332
12.3.1膜潤濕或浸潤對傳質的影響332
12.3.2吸收膜材料的選擇333
12.3.3萃取膜材料的選擇333
12.4膜組件結構333
12.5膜接觸器傳質過程的影響因素334
12.5.1膜吸收技術傳質過程的影響因素334
12.5.2膜萃取技術傳質過程的影響因素336
12.6中空纖維膜接觸器的傳質模型336
12.6.1管程傳質關聯(lián)式337
12.6.2膜相傳質關聯(lián)式337
12.6.3殼程傳質關聯(lián)式337
12.7膜接觸器傳質過程的強化研究339
12.7.1通過膜接觸器結構優(yōu)化設計強化傳質339
12.7.2加入第三相強化傳質339
12.7.3通過外場作用強化傳質339
12.8膜接觸器的應用研究及發(fā)展前景340
12.8.1膜吸收技術的應用340
12.8.2膜萃取技術的應用341
12.9液膜技術342
12.9.1液膜發(fā)展概述342
12.9.2同級萃取-反萃膜過程的優(yōu)勢342
12.9.3液膜構型343
12.9.4傳質的影響因素346
12.9.5液膜分離技術的傳質機理及傳質模型347
12.9.6液膜的應用研究348
課后習題349
參考文獻349

第13章膜反應器355
13.1膜反應器概述355
13.1.1膜反應器的定義和特征355
13.1.2膜反應器中膜的功能356
13.2用于水處理的膜生物反應器356
13.2.1膜生物反應器概述356
13.2.2膜生物反應器的數(shù)學描述357
13.2.3膜生物反應器的種類359
13.2.4膜生物反應器對各種污染物的去除效果361
13.2.5水處理過程中的膜污染及其控制362
13.2.6膜生物反應器在水處理中的應用365
課后習題368
參考文獻368