高性能膜材料与膜技术

　　本书在十二五高性能膜材料专项规划的基础上，结合膜材料的发展的四大特点：一是膜材料产业正向高性能、低成本及绿色化方向发展；二是膜材料市场快速发展，与上下游产业结合日趋紧密；三是膜技术对节能减排、产业结构升级的推动日趋明显；四是膜技术对保障饮水安全，减少环境污染的作用日趋显著。从水处理膜材料、气体分离膜、特种分离膜材料等方面阐述膜材料与膜技术领域的现状和进展。同时总结了新型膜材料制备技术、膜集成技术以及高性能膜材料和膜技术的典型应用案例。 本书可供化工、材料、环保、医药等领域从事膜材料与膜技术设计开发的研究人员，从事膜材料应用的技术人员，高等院校化学工程、材料化工等专业的师生，水处理、膜工业等行业的管理人员参考阅读。

　　邢卫红，南京工业大学研究员，博士生导师，国家杰出青年基金获得者。主要从事膜材料与膜过程的研究工作，发表学术论文200余篇，其中SCI收录80余篇；申请中国发明专利78项（已授权54项），申请美国专利2项及PCT专利3项。入选中组部“万人计划”科技创新领军人才等。 兼任“十二五”国家科技重点专项（高性能膜材料专项）专家组专家、全国分离膜标准化技术委员会副主任，中国膜工业协会副理事长，中国海水淡化及水再利用学会副理事长等。 徐南平，中国工程院院士，南京工业大学教授，博士生导师，现任科技部副部长。主要致力于分离膜领域的研究，主持了国家“973”、“863”、国家杰出青年基金、国家重点科技攻关等项目40余项，发表期刊论文500多篇，SCI收录280篇，出版著作 3 部，参编2部，申请发明专利125项。获得国家科技进步二等奖和三等奖各1项，国家技术发明二等奖1项，省部级科技奖9项。曾获“全国杰出专业技术人才”、“国家有突出贡献的中青年专家”等称号。担任“863”新材料领域专家、中国膜工业协会名誉理事长，《化工学报》、《水处理技术》编委，《高校化学工程学报》编委会副主任委员及《膜科学与技术》高级顾问。

第1章概论1
1.1定义与术语1
1.1.1定义1
1.1.2术语2
1.2膜的分类4
1.2.1水处理膜4
1.2.2气体分离膜6
1.2.3特种分离膜7
1.2.4民生膜9
1.3膜技术的工业应用领域10
1.3.1水资源领域10
1.3.2能源领域11
1.3.3生态环境领域12
1.3.4传统产业改造12
1.4技术发展状况12
1.4.1知识产权情况13
1.4.2科技论文15
1.4.3市场分析16
参考文献19
第2章水处理膜与膜过程20
2.1水质净化膜20
2.1.1水质净化膜的发展历程20
2.1.2水质净化膜的分离原理21
2.1.3主要水质净化膜材料22
2.1.4水质净化膜的制备方法22
2.1.5水质净化的典型工艺23
2.2海水淡化膜27
2.2.1反渗透膜的发展历程28
2.2.2反渗透膜的分离原理28
2.2.3反渗透膜材料28
2.2.4反渗透膜的制备方法29
2.2.5反渗透法海水淡化工艺30
2.2.6反渗透法海水淡化预处理工艺31
2.3污水处理膜32
2.3.1主要污水处理膜材料及构型32
2.3.2污水处理膜的制备方法33
2.3.3污水处理膜的典型工艺34
参考文献38
第3章气体分离膜与膜过程40
3.1氢分离膜40
3.1.1钯膜透氢机理41
3.1.2钯膜制备技术42
3.1.3钯膜产业化现状46
3.2氧分离膜47
3.2.1混合导体透氧膜材料及氧传输机理47
3.2.2混合导体透氧膜材料及膜优化设计48
3.2.3混合导体透氧膜的应用51
3.3二氧化碳分离膜54
3.3.1CO2的捕集与封存55
3.3.2促进传递膜57
3.3.3聚合物膜与混合基质膜61
3.3.4沸石分子筛膜65
3.3.5炭膜68
3.4高温气固分离膜71
3.4.1气固分离与过滤再生原理72
3.4.2典型高温气固分离膜材料75
3.4.3高温过滤系统80
3.4.4工程应用83
参考文献85
第4章陶瓷分离膜与膜过程95
4.1多孔陶瓷膜的发展趋势95
4.1.1发展历程96
4.1.2研究趋势97
4.2低成本陶瓷膜的设计与制备98
4.2.1低成本陶瓷膜材料制备技术98
4.2.2高面积/体积比膜元件及膜组件设计103
4.3高渗透性陶瓷膜的设计与制备108
4.3.1造孔剂法108
4.3.2模板剂法109
4.3.3纤维搭建技术111
4.4陶瓷纳滤膜的设计与制备112
4.4.1溶胶-凝胶技术112
4.4.2修饰技术116
4.5陶瓷膜材料的表面性质研究117
4.5.1陶瓷膜表面荷电研究117
4.5.2陶瓷膜表面亲疏水改性研究120
4.6陶瓷膜的应用123
4.6.1陶瓷膜在水处理中的应用124
4.6.2陶瓷膜在油品净化中的应用124
4.6.3陶瓷膜在脱溶剂方面的应用127
4.6.4陶瓷膜在产品脱色中的应用128
4.6.5陶瓷膜在废碱液回收中的应用128
参考文献129
第5章渗透汽化膜与膜过程137
5.1渗透汽化膜分离技术137
5.1.1渗透汽化膜过程传质机理137
5.1.2渗透汽化膜分离技术的发展历程140
5.2典型的渗透汽化膜材料及其应用143
5.2.1透水型渗透汽化膜143
5.2.2透醇型渗透汽化膜151
5.2.3有机物/有机物分离渗透汽化膜158
参考文献161
第6章电池用膜材料167
6.1锂离子电池用膜材料167
6.1.1多孔聚合物膜168
6.1.2无纺布隔膜172
6.1.3有机-无机复合隔膜173
6.1.4国内外锂离子隔膜研发及产业化现状174
6.2燃料电池隔膜174
6.2.1质子交换膜174
6.2.2阴离子交换膜材料185
参考文献191
第7章民生膜技术198
7.1家用净化技术198
7.1.1家用净水器198
7.1.2家用空气净化器203
7.2医用膜技术205
7.2.1血液透析膜206
7.2.2血液供氧膜210
7.2.3药物控制释放膜212
参考文献214
第8章新型膜材料及制备方法216
8.1新型膜材料216
8.1.1金属有机骨架216
8.1.2纳米碳材料226
8.1.3嵌段共聚物234
8.2制膜新方法246
8.2.1纳米纤维堆叠法制膜246
8.2.2分离膜改性和功能化的原子层沉积方法258
参考文献269
第9章膜集成技术277
9.1膜与催化反应集成277
9.1.1催化膜反应器278
9.1.2固定床膜反应器280
9.1.3流化床膜反应器281
9.1.4悬浮床膜反应器283
9.2膜与传统分离技术集成291
9.2.1电除盐291
9.2.2膜蒸馏296
9.3膜过程集成300
9.3.1微滤/超滤-反渗透集成工艺301
9.3.2纳滤-反渗透集成工艺301
9.3.3膜生物反应器-反渗透集成工艺303
参考文献303
第10章膜技术的典型应用案例309
10.1膜法污水深度处理回用技术309
10.1.1污水处理回用工艺流程310
10.1.2膜系统运行结果311
10.1.3污水处理回用成本分析315
10.2膜法饮用水处理新工艺316
10.2.1陶瓷膜法湖水净化工艺316
10.2.2膜孔径对湖水净化过程的影响317
10.2.3操作压差对湖水净化过程的影响318
10.2.4膜面流速对湖水净化过程的影响320
10.2.5恒通量运行膜过滤过程322
10.2.6反冲条件对湖水净化过程的影响323
10.2.7装置连续运行考察324
10.2.8运行经济性估算326
10.3膜法抗生素生产新工艺327
10.3.1抗生素生产工艺流程327
10.3.2纳滤膜新工艺运行结果330
10.3.3抗生素生产成本分析332
10.4医药工业溶剂异丙醇回收技术332
10.4.1渗透汽化膜在异丙醇溶剂中的稳定性333
10.4.2渗透汽化分离工艺336
10.4.3膜分离运行结果340
10.4.4分离工艺成本分析342
10.5陶瓷膜法苯二酚生产新工艺343
10.5.1苯二酚传统生产工艺344
10.5.2苯二酚清洁生产工艺345
10.5.3苯酚羟基化反应-膜分离耦合系统的设计及过程研究348
10.5.4基于陶瓷膜反应器的苯二酚连续生产工艺工程案例354
10.6陶瓷膜法盐水精制新工艺359
10.6.1盐水精制的原理359
10.6.2盐水精制工艺360
10.6.3陶瓷膜法盐水精制工程案例362
参考文献367