膜分離技術基礎(第3版)（簡體書）

《膜分離技術基礎》第三版詳細闡述了膜分離技術的基本理論、膜的製備及其應用，包括微濾、超濾、納濾、反滲透、正滲透、滲透汽化、氣體分離膜、電滲析與離子交換膜、膜蒸餾、膜基耦合分離過程及液膜技術、膜反應器。本書(第三版)與第二版(2006年8月)相比，增加了正滲透、膜蒸餾和膜基耦合分離過程及液膜技術，並在每章增加了課後習題，刪除了陳舊及重複的內容，添加了膜技術發展的最新成果，使得本書更為全面系統，能夠反映當前膜領域基礎知識體系和最新技術成果，是一部針對性和實用性極強的教科書。本書的出版，不但能為初學者提供必備的基本內容，而且對膜研究工作者也有一定的借鑒與參考作用。
本書可供高等院校化學工程、分離技術等專業師生使用，也可供膜分離技術研究人員及工程技術人員參考。

王湛，北京工業大學教授，博導。主持包括國家基金、市基金、市教委項目、科技部國際合作項目和國家基金中俄項目在內的科研項目多項。兼任《水處理技術》雜誌編委,《膜科學與技術》雜誌編委，《環境科學與技術》雜誌特邀編委，中國環境科學學會高級會員，中國紡織出版社編委會委員，北京市工程技術系列(化工)高級專業技術資格評審委員會評審委員，擔任中國國際工程諮詢公司、 國家基金委、市基金委、浙江省自然科學基金委員會、河北省自然基金委員會等部門的項目評議人及《Chemical Engineering Journal》、《Journal of Membrane Science》、《Separation Science and Technology》、《Desalination》、《Desalination and Water Treatment》、《Materials Research》、《化工學報》、《環境工程》、《膜科學與技術》等刊物的審稿專家。

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

課後習題6

參考文獻6



第2章膜的定義、分類、材料、製備及其應用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膜的製備14

2.5.1高分子膜的製備14

2.5.2無機膜的製備方法19

2.6膜性能表徵23

2.6.1膜的分離性能23

2.6.2膜的透過性能23

2.6.3膜的物理化學穩定性24

2.6.4膜的經濟性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

課後習題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微濾過程的數學描述33

3.3.1基於膜表面吸附量或沉積量的通量模型33

3.3.2基於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聚醯胺類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微濾膜的製備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徵51

3.6.4商業微濾膜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

課後習題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超濾過程的數學描述69

4.3.1現象學模型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超濾膜材料的現狀及發展趨勢72

4.5超濾膜的製備73

4.5.1有機高分子超濾膜的製備73

4.5.2無機超濾膜的製備74

4.5.3超濾膜的製備工藝及裝置76

4.5.4超濾膜的儲存方式77

4.5.5超濾膜的現狀及發展趨勢78

4.6超濾膜結構表徵及性能測定78

4.6.1超濾膜的結構特點78

4.6.2超濾膜的結構表徵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展前景92

4.9.1超濾技術的應用92

4.9.2超濾技術的發展前景98

課後習題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納濾膜製備119

5.4.1非對稱膜的製備119

5.4.2複合膜的製備120

5.4.3疏鬆型納濾膜製備122

5.4.4無機膜的製備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納濾技術的工業應用124

5.6納濾技術的未來發展趨勢129

課後習題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展歷程132

6.1.2中國反滲透技術的發展歷程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律137

6.3反滲透過程的熱力學137

6.3.1經典熱力學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反滲透膜的製備與成膜機理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非對稱反滲透膜的製備工藝158

6.5.4複合型反滲透膜的製備工藝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反滲透膜的結構表徵與性能評價171

6.6.1反滲透膜的結構表徵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實驗室規模的膜分離裝置186

6.8.2工業規模的膜分離裝置186

6.8.3工業規模的膜成型裝置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反滲透的後處理系統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205

6.10.4料液脫水濃縮211

6.10.5工業廢水處理及回用213

6.10.6飲用水處理215

6.11反滲透技術的發展趨勢215

課後習題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製備方法224

7.4.1醋酸纖維素正滲透膜225

7.4.2聚醯胺複合正滲透膜226

7.4.3聚苯並咪唑正滲透膜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正滲透膜的結構表徵及其性能測定230

7.6.1正滲透膜的形態結構表徵230

7.6.2正滲透膜的結構參數與表徵230

7.6.3正滲透膜的性能參數與測定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-膜生物反應器聯用235

7.8.4能源235

7.9正滲透膜過程的發展前景236

課後習題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滲透汽化的發展歷史及其應用239

8.1.2我國滲透汽化技術的發展及其應用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徵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滲透汽化膜的製備方法250

8.7滲透汽化的工業應用及發展前景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

課後習題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氣體分離膜的製備271

9.5氣體分離膜的評價273

9.5.1溶解度係數273

9.5.2滲透係數274

9.5.3擴散係數275

9.5.4分離係數276

9.6氣體分離膜系統及其應用278

9.6.1氣體分離膜系統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展方向283

9.8商業氣體分離膜284

課後習題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離子交換膜的製備292

10.3.4離子交換膜的表徵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電滲析在化工生產中的應用302

10.5.4電滲析在生物製品和食品

工業中的應用302

課後習題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膜蒸餾的原理及特徵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313

11.3.2膜材料314

11.3.3膜蒸餾用膜的製備方法316

11.3.4膜蒸餾用膜的疏水改性318

11.3.5膜蒸餾用膜的發展趨勢318

11.4操作參數320

11.5膜污染及膜潤濕321

11.6膜組件323

11.7膜組件的優化323

11.8膜蒸餾集成過程323

11.9膜蒸餾的應用325

11.10膜蒸餾的發展方向326

課後習題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管程傳質關聯式337

12.6.2膜相傳質關聯式337

12.6.3殼程傳質關聯式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液膜發展概述342

12.9.2同級萃取-反萃膜過程的優勢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

課後習題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徵355

13.1.2膜反應器中膜的功能356

13.2用於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

課後習題368

參考文獻368