内容简介
《膜技术与膜制备基础》从社会需求出发，对水处理膜、气体分离膜、膜蒸馏膜、渗透汽化膜等涉及的传质机理、膜材料、膜结构特征、制膜方法和膜组件、膜装置的设计应用与污染控制进行了全面详细的介绍，总结了每种膜分离技术的工业应用。本书从每项膜技术的源头进行介绍，使读者通过了解膜技术的发展历史，抓住膜技术的发展规律。
本书可作为从事膜研究的科研人员、企事业单位管理人员等的参考资料，也可作为高等院校相关专业的研究生和高年级本科生的教材。
目录
第1章绪论001
1.1什么是分离膜001
1.2膜与社会需求的关系001
1.3能源和水资源的关系003
1.4膜分离技术在能源和水处理中的应用004
1.4.1能源生产中的膜分离技术004
1.4.2脱盐和水处理中的膜技术010
1.5小结011
参考文献012
第2章水处理膜概述014
2.1引言014
2.2水处理技术的发展历史简介016
2.3当前的净水技术以及水处理膜技术017
2.3.1地下水处理工艺017
2.3.2过滤的基本概念019
2.3.3水处理膜技术的分类020
2.4膜生物反应器021
2.4.1膜生物反应器工艺021
2.4.2膜生物反应器膜污染024
2.4.3膜污染控制027
2.5小结031
参考文献031
第3章反渗透膜和纳滤膜032
3.1引言032
3.2渗透压的概念032
3.3反渗透技术的发展历史036
3.4描述反渗透和纳滤过程的热力学模型041
3.4.1非平衡态热力学041
3.4.2传质模型044
3.5反渗透膜的制备方法049
3.6纳滤膜050
3.6.1商业纳滤膜的种类051
3.6.2描述纳滤过程的模型051
3.7小结053
参考文献053
第4章微孔膜055
4.1引言055
4.2微滤膜的传质机理055
4.3膜污染058
4.4微滤膜污染模型060
4.5利用污染模型指导超滤膜、微滤膜操作条件设计062
4.6微孔膜在其他领域的应用063
4.6.1微孔疏水膜在透气防水衣物上的应用063
4.6.2微孔疏水膜在锂电池中的应用063
4.6.3微孔疏水膜在液体脱气中的应用064
4.6.4微孔疏水膜用于制造人工肺065
4.7熔融拉伸纺丝工艺066
4.8小结070
参考文献070
第5章气体分离膜072
5.1引言072
5.2气体在膜中的传质机理073
5.2.1努森扩散073
5.2.2本体扩散074
5.2.3黏性流075
5.2.4表面扩散075
5.2.5分子筛076
5.2.6气体在致密无孔聚合物膜中的传质模型076
5.3气体分子在致密聚合物中的扩散081
5.4气体分子在玻璃态和橡胶态聚合物中的扩散规律083
5.5气体分子在橡胶态和玻璃态聚合物中的扩散模型085
5.6气体在聚合物中的吸附模型089
5.7气体分离膜的基本传质方程092
5.8膜材料的气体传质性能的实验表征方法094
5.8.1溶解度的测量方法095
5.8.2吸附等温线的分析方法096
5.8.3基于双模吸附的双模传质理论097
5.8.4气体渗透性的实验测量方法099
5.9小结100
参考文献101
第6章多层复合膜的传质模型及制备方法102
6.1引言102
6.2多层复合膜的串联阻力模型102
6.3三层复合膜109
6.4非对称膜的结构110
6.5多层复合膜的制备方法112
6.6小结118
参考文献118
第7章气体分离膜材料设计120
7.1引言120
7.2通过分子结构设计，调控聚合物的自由体积、渗透性和选择性的方法121
7.3无机膜材料的气体渗透性和选择性127
7.4聚合物/纳米材料混合基质膜的气体传质性能129
7.4.1聚合物/混合基质膜的气体传质模型130
7.4.2聚合物/纳米共混材料的低通量现象134
7.5抗塑化聚合物膜材料的设计方法135
7.6小结147
参考文献147
第8章非溶剂相转化过程的基本原理150
8.1引言150
8.2溶解过程150
8.3溶解度参数151
8.4相分离和相图157
8.5非溶剂诱导相转化过程的动力学过程分析161
8.5.1计算溶剂、非溶剂扩散速度的方法162
8.5.2聚合物凝胶化对应的相变区域增长164
8.5.3相分离机理166
8.6影响膜形貌和分离性能的因素171
8.6.1聚合物、溶剂、非溶剂的选择171
8.6.2聚合物浓度的影响172
8.6.3凝固浴组成的影响173
8.6.4铸膜液组成的影响174
8.7添加剂175
8.7.1低分子量添加剂175
8.7.2高分子量添加剂177
8.7.3共聚物178
8.8蒸汽诱导相分离对中空纤维膜结构的影响178
8.8.1空气间隙的长度180
8.8.2相对湿度的影响181
8.8.3蒸汽诱导相分离结合添加剂调控中空纤维的结构181
8.9小结181
参考文献182
第9章渗透汽化膜技术184
9.1引言184
9.2描述渗透汽化过程的模型185
9.3评价渗透汽化性能的量化方法187
9.3.1溶解性和溶解选择性189
9.3.2扩散性和扩散选择性191
9.3.3整体渗透性能193
9.3.4温度对渗透汽化性能的影响193
9.4渗透汽化性能的评价装置194
9.5渗透汽化膜材料的设计195
9.6渗透汽化膜材料的稳定性1
前言/序言
近年来，随着我国膜分离科学的迅猛发展，新材料与新技术层出不穷，众多高等学府亦纷纷开设相关课程。在讲授研究生课程“膜制备与应用”期间，笔者积累了丰富的资料。为了便于学生总结课堂知识，深入理解各类膜技术的起源与发展，笔者萌生了撰写一部系统介绍膜技术与制备方法书籍的想法。2023年，笔者与长江科学院的高卓凡博士合作，启动了本书的编撰工作。
本书内容主要基于课堂讲义及国内外文献，从需求驱动的视角出发，将膜技术与重大社会需求和工业应用紧密结合。在介绍膜技术与膜制备的过程中，书中融入了材料科学（包括高分子物理、高分子化学、有机化学）和化学工程学（化工原理、热力学、物理化学、传递过程等）的相关知识，旨在帮助读者在学习膜科学的同时，掌握膜材料设计、合成、改性、制膜工艺及膜组件设计等关键知识。
本书由李培组织撰写，高卓凡与李培共同拟定书稿大纲，并指导各章节内容的编排。全书共分为9章：第1章由高卓凡与李培共同整理撰写，主要探讨膜技术与社会需求的关系；第2章由高卓凡撰写，系统介绍水处理技术的发展历程、膜分离净水技术的应用及面临的瓶颈；第3章由高卓凡与石妍共同撰写，深入讲解渗透压的概念、反渗透技术的发展历史、反渗透过程的热力学模型、反渗透膜的制备技术、纳滤过程及纳滤膜的制备方法；第4章由石妍与蒋文广共同撰写，介绍微滤膜传质模型、污染模型在超滤膜、微滤膜方法中的应用，以及微孔膜在水处理领域之外的其他应用情况；第5章由李培撰写，阐述气体在聚合物中传质的理论模型、影响因素，以及气体分离膜的制备及测试方法；第6章由蒋文广与张亮共同撰写，介绍多层复合膜的历史发展和应用（包括多层涂敷和界面聚合技术）；第7章由张亮与夏求林共同撰写，探讨如何通过调控分子结构设计高性能聚合物膜、聚合物/纳米材料复合膜、耐溶胀气体分离膜材料，以及共聚聚合物膜、混合基质膜的传质模型；第8章由中南民族大学雷敏撰写，介绍非溶剂相转化方法制膜原理及其在水处理膜和气体分离膜中的应用；第9章由夏求林与高卓凡共同撰写，阐述渗透汽化膜的原理、制备及应用。
本书的出版得到了科学技术部国家重点研发计划“政府间国际科技创新合作”重点专项“水环境中微生物在线监测与水质预警技术研究与示范”（2022YFE0117000）、国家自然科学基金项目“混凝土表面等离子热喷陶瓷涂层制备和性能研究”（52179122）以及武汉市科技局武汉市知识创新专项“耐广谱溶剂膜材料开发及其高效处理新兴污染物废液关键技术研究”（CKSD2022360/CL）的资助。
长江科学院的金鑫诚和笔者的硕士研究生孙振汉完成了大部分图片和表格的制作工作，牛闯、任忠正、王志勇参与了部分图表的制作，陈丽飞对本书参考文献、文字部分进行了认真校核。在此，对他们的辛勤工作表示衷心的感谢。
本书的出版是集体智慧的结晶，凝聚了众多学者的心血与努力。期待本书的出版能够为膜科学领域的学术交流与技术进步作出贡献，并为相关专业的学生与研究人员提供有价值的参考与指导。
本书可以作为从事膜研究的科研人员的参考用书，也可作为高等院校相关专业研究生和高年级本科生教材。鉴于膜技术发展迅速、覆盖领域广泛，书中疏漏或不妥之处在所难免，敬请广大读者不吝赐教，提出宝贵意见。
李培
于北京化工大学
