膜分离技术基础（第三版）

第1章绪论1
1.1膜及膜过程1
1.2膜分离过程的特点3
1.3膜分离过程的分类3
课后习题6
参考文献6

第2章膜的定义、分类、材料、制备及其应用7
2.1膜的定义7
2.2膜的分类7
2.2.1按膜的材料分类7
2.2.2按膜的构型分类7
2.2.3按膜的用途分类8
2.2.4按膜的作用机理分类8
2.3膜材料9
2.3.1高分子分离膜材料9
2.3.2无机膜材料11
2.3.3新型膜材料12
2.4膜的结构13
2.5膜的制备14
2.5.1高分子膜的制备14
2.5.2无机膜的制备方法19
2.6膜性能表征23
2.6.1膜的分离性能23
2.6.2膜的透过性能23
2.6.3膜的物理化学稳定性24
2.6.4膜的经济性24
2.7膜缺陷24
2.7.1膜的微观结构24
2.7.2膜缺陷24
2.8膜的应用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
课后习题27
参考文献27

第3章微滤29
3.1概述29
3.2微滤原理及其操作模式31
3.2.1微滤过程31
3.2.2微滤分离机理31
3.2.3微滤操作模式32
3.3微滤过程的数学描述33
3.3.1基于膜表面吸附量或沉积量的通量模型33
3.3.2基于膜面上物理量变化的通量模型37
3.4典型的微滤膜材料39
3.4.1纤维素酯类39
3.4.2聚酰胺类40
3.4.3氟化合物类40
3.4.4聚烯烃类（除聚氯乙烯）40
3.4.5聚碳酸酯41
3.4.6无机材料类41
3.5微滤膜的制备42
3.5.1相转化法42
3.5.2溶出法45
3.5.3浸出法（分相法）45
3.5.4核径迹蚀刻法46
3.5.5拉伸法47
3.5.6辐射固化48
3.5.7烧结法48
3.5.8阳极氧化法49
3.6微滤膜储存和膜性能的评价方法50
3.6.1微滤膜的储存50
3.6.2微滤膜的一般性能50
3.6.3微滤膜的形貌及关键性能的表征51
3.6.4商业微滤膜54
3.7微滤装置（设备）及其应用54
3.7.1微滤装置（设备）54
3.7.2微滤技术的应用56
课后习题62
参考文献62

第4章超滤65
4.1概述65
4.2超滤分离原理及操作模式66
4.2.1超滤的过程特点66
4.2.2超滤的分离机理67
4.2.3超滤的操作模式67
4.3超滤过程的数学描述69
4.3.1现象学模型69
4.3.2孔模型69
4.3.3阻力叠加模型69
4.3.4浓差极化模型与凝胶模型69
4.4超滤膜材料71
4.4.1有机高分子材料71
4.4.2无机材料类72
4.4.3超滤膜材料的现状及发展趋势72
4.5超滤膜的制备73
4.5.1有机高分子超滤膜的制备73
4.5.2无机超滤膜的制备74
4.5.3超滤膜的制备工艺及装置76
4.5.4超滤膜的储存方式77
4.5.5超滤膜的现状及发展趋势78
4.6超滤膜结构表征及性能测定78
4.6.1超滤膜的结构特点78
4.6.2超滤膜的结构表征79
4.6.3超滤膜的性能测定81
4.7超滤膜污染及其清洗83
4.7.1超滤膜污染机理83
4.7.2超滤膜污染的影响因素及控制策略84
4.7.3超滤膜的清洗方式88
4.8超滤膜组件及装置88
4.8.1超滤膜组件的分类及特点88
4.8.2超滤膜组件的排列方式90
4.8.3超滤装置的配套设备及工艺流程90
4.8.4超滤过程分离效率的强化措施91
4.9超滤技术的应用及发展前景92
4.9.1超滤技术的应用92
4.9.2超滤技术的发展前景98
课后习题99
参考文献99

第5章纳滤104
5.1概述104
5.1.1纳滤的发展历史104
5.1.2纳滤的特点106
5.2纳滤原理106
5.2.1纳滤膜的性能评价106
5.2.2纳滤过程的数学模型108
5.3纳滤膜材料116
5.3.1高分子纳滤膜材料116
5.3.2无机纳滤膜材料119
5.4纳滤膜制备119
5.4.1非对称膜的制备119
5.4.2复合膜的制备120
5.4.3疏松型纳滤膜制备122
5.4.4无机膜的制备123
5.4.5膜改性123
5.5纳滤工艺及应用124
5.5.1纳滤膜组件及设备124
5.5.2纳滤技术的工业应用124
5.6纳滤技术的未来发展趋势129
课后习题130
参考文献130

第6章反渗透132
6.1概述132
6.1.1全球反渗透技术的发展历程132
6.1.2中国反渗透技术的发展历程133
6.1.3反渗透技术的市场概况134
6.2反渗透的基本原理134
6.2.1渗透与反渗透过程134
6.2.2渗透压及其计算方法135
6.2.3反渗透膜分离机理及分离规律137
6.3反渗透过程的热力学137
6.3.1经典热力学137
6.3.2不可逆热力学138
6.3.3不可逆过程的数学描述138
6.3.4不可逆过程的热力学基本方程139
6.4反渗透过程的传质机理及模型140
6.4.1溶解-扩散理论140
6.4.2优先吸附-毛细孔流动理论142
6.4.3形成氢键理论148
6.4.4其他传质理论149
6.5反渗透膜的制备与成膜机理153
6.5.1典型的反渗透膜材料153
6.5.2制膜液的选择156
6.5.3非对称反渗透膜的制备工艺158
6.5.4复合型反渗透膜的制备工艺163
6.5.5新型反渗透膜材料及膜性能预测手段168
6.5.6反渗透膜的保存及使用170
6.6反渗透膜的结构表征与性能评价171
6.6.1反渗透膜的结构表征171
6.6.2反渗透膜的性能评价172
6.7反渗透膜的污染及防治措施173
6.7.1膜污染分类173
6.7.2膜污染成因及形成机理173
6.7.3膜污染预防措施177
6.7.4反渗透膜的清洗、消毒和再生182
6.8反渗透分离装置及膜成型机械装置186
6.8.1实验室规模的膜分离装置186
6.8.2工业规模的膜分离装置186
6.8.3工业规模的膜成型装置192
6.9膜分离工艺流程及设计194
6.9.1预处理工艺的设计194
6.9.2段与级的概念及膜组件排列组合方式的确定195
6.9.3反渗透的后处理系统199
6.9.4辅助设备及主要零部件202
6.9.5设备的操作与维修203
6.9.6经济性分析203
6.10反渗透的应用案例204
6.10.1海水淡化204
6.10.2苦咸水淡化205
6.10.3纯水和超纯水生产205
6.10.4料液脱水浓缩211
6.10.5工业废水处理及回用213
6.10.6饮用水处理215
6.11反渗透技术的发展趋势215
课后习题216
参考文献216

第7章正渗透220
7.1正渗透概述220
7.2正渗透原理220
7.3正渗透膜过程221
7.3.1正渗透膜过程的特点222
7.3.2内浓差极化与外浓差极化222
7.4典型的正渗透膜材料及其制备方法224
7.4.1醋酸纤维素正渗透膜225
7.4.2聚酰胺复合正渗透膜226
7.4.3聚苯并咪唑正渗透膜226
7.4.4其他正渗透膜材料227
7.5正渗透膜组件228
7.5.1板框式膜组件228
7.5.2螺旋卷式膜组件228
7.5.3管式膜组件229
7.5.4正渗透水袋229
7.6正渗透膜的结构表征及其性能测定230
7.6.1正渗透膜的形态结构表征230
7.6.2正渗透膜的结构参数与表征230
7.6.3正渗透膜的性能参数与测定231
7.7正渗透汲取液232
7.7.1无机汲取液233
7.7.2有机汲取液233
7.7.3挥发型汲取液233
7.7.4磁性汲取液233
7.7.5水凝胶234
7.8正渗透膜过程的应用234
7.8.1淡化234
7.8.2浓缩235
7.8.3正渗透-膜生物反应器联用235
7.8.4能源235
7.9正渗透膜过程的发展前景236
课后习题236
参考文献236

第8章渗透汽化239
8.1渗透汽化概述239
8.1.1渗透汽化的发展历史及其应用239
8.1.2我国渗透汽化技术的发展及其应用240
8.2渗透汽化的基本原理240
8.2.1渗透汽化分离机理240
8.2.2渗透汽化操作模式241
8.3渗透汽化过程的数学描述243
8.3.1溶解-扩散模型243
8.3.2孔流模型245
8.4渗透汽化膜的性能表征245
8.5典型的渗透汽化膜材料246
8.5.1聚合物渗透汽化膜246
8.5.2有机/无机杂化渗透汽化膜248
8.5.3分子筛渗透汽化膜249
8.6渗透汽化膜的制备方法250
8.7渗透汽化的工业应用及发展前景251
8.7.1渗透汽化装置251
8.7.2渗透汽化的应用252
8.7.3渗透汽化应用中存在的问题254
课后习题255
参考文献255

第9章气体分离膜258
9.1气体分离膜概述258
9.2气体分离膜的分离机理及数学描述259
9.2.1多孔膜分离机理259
9.2.2非多孔膜分离机理261
9.3典型的气体分离膜材料263
9.3.1有机高分子材料263
9.3.2无机材料268
9.3.3金属有机骨架化合物269
9.3.4有机/无机杂化材料270
9.4气体分离膜的制备271
9.5气体分离膜的评价273
9.5.1溶解度系数273
9.5.2渗透系数274
9.5.3扩散系数275
9.5.4分离系数276
9.6气体分离膜系统及其应用278
9.6.1气体分离膜系统278
9.6.2气体分离膜的应用280
9.7气体分离膜技术未来的发展方向283
9.8商业气体分离膜284
课后习题284
参考文献285

第10章电渗析与离子交换膜287
10.1电渗析基本原理287
10.1.1电渗析的工作原理287
10.1.2电渗析的基本过程与伴随过程288
10.2电渗析过程的质量传递现象289
10.2.1基本传质方程289
10.2.2电解质通过离子交换膜的质量传递290
10.3面向电渗析过程的离子交换膜291
10.3.1离子交换膜的基本概念291
10.3.2离子交换膜的分类291
10.3.3离子交换膜的制备292
10.3.4离子交换膜的表征295
10.4电渗析器299
10.4.1隔板300
10.4.2电极301
10.5电渗析的应用301
10.5.1电渗析在给水处理中的应用301
10.5.2电渗析在废水和废气处理中的应用302
10.5.3电渗析在化工生产中的应用302
10.5.4电渗析在生物制品和食品
工业中的应用302
课后习题303
参考文献303

第11章膜蒸馏306
11.1膜蒸馏的概述306
11.1.1膜蒸馏的原理及特征307
11.1.2膜蒸馏工艺分类308
11.2膜蒸馏传递机理309
11.2.1传质过程309
11.2.2传热过程312
11.3膜蒸馏用膜313
11.3.1膜特性参数313
11.3.2膜材料314
11.3.3膜蒸馏用膜的制备方法316
11.3.4膜蒸馏用膜的疏水改性318
11.3.5膜蒸馏用膜的发展趋势318
11.4操作参数320
11.5膜污染及膜润湿321
11.6膜组件323
11.7膜组件的优化323
11.8膜蒸馏集成过程323
11.9膜蒸馏的应用325
11.10膜蒸馏的发展方向326
课后习题326
参考文献326

第12章膜基耦合分离过程及液膜技术330
12.1均相混合物分离过程中的非均相分离问题330
12.2膜接触器概述331
12.3膜接触器中膜材料的选择332
12.3.1膜润湿或浸润对传质的影响332
12.3.2吸收膜材料的选择333
12.3.3萃取膜材料的选择333
12.4膜组件结构333
12.5膜接触器传质过程的影响因素334
12.5.1膜吸收技术传质过程的影响因素334
12.5.2膜萃取技术传质过程的影响因素336
12.6中空纤维膜接触器的传质模型336
12.6.1管程传质关联式337
12.6.2膜相传质关联式337
12.6.3壳程传质关联式337
12.7膜接触器传质过程的强化研究339
12.7.1通过膜接触器结构优化设计强化传质339
12.7.2加入第三相强化传质339
12.7.3通过外场作用强化传质339
12.8膜接触器的应用研究及发展前景340
12.8.1膜吸收技术的应用340
12.8.2膜萃取技术的应用341
12.9液膜技术342
12.9.1液膜发展概述342
12.9.2同级萃取-反萃膜过程的优势342
12.9.3液膜构型343
12.9.4传质的影响因素346
12.9.5液膜分离技术的传质机理及传质模型347
12.9.6液膜的应用研究348
课后习题349
参考文献349

第13章膜反应器355
13.1膜反应器概述355
13.1.1膜反应器的定义和特征355
13.1.2膜反应器中膜的功能356
13.2用于水处理的膜生物反应器356
13.2.1膜生物反应器概述356
13.2.2膜生物反应器的数学描述357
13.2.3膜生物反应器的种类359
13.2.4膜生物反应器对各种污染物的去除效果361
13.2.5水处理过程中的膜污染及其控制362
13.2.6膜生物反应器在水处理中的应用365
课后习题368
参考文献368