膜科学与技术基础(贾志谦 )(第二版)

本书共分两篇，第一篇为膜基础，包括概述、膜材料及其性质、膜制备、膜的表征、膜传递机理、膜组件和流程设计等内容，系统阐述了膜科学与技术的基本原理和共性规律；第二篇为膜过程，包括反渗透、纳滤、超滤、微滤、气体分离、渗透汽化、液膜、电渗析、膜电解、燃料电池膜、水电解制氢膜、膜接触器、膜反应器、其他膜过程等内容，全面介绍了各个膜过程的原理和应用。 本书可作为高等院校化学工程与工艺、材料科学与工程、高分子材料与工程等专业本科生、研究生的教材和教学参考书，也可供从事膜科学与技术研究和生产的技术人员参考。

贾志谦，北京师范大学化学学院教授，博士生导师。先后获得中南大学应用化学学士、北京化工大学化学工程硕士和中国科学院环境工程博士学位，曾为中国科学院化学研究所博士后、美国俄亥俄州立大学和比利时鲁汶大学访问学者。讲授化学工程基础、化工分离技术、膜科学与技术、精细化学品化学、无机合成与制备化学等课程。研究方向为膜分离与吸附分离，包括材料设计-新颖制备-结构调控-分离机理-应用性能等，先后开展了利用膜液相反应器强化微观混合制备纳米材料、利用膜气液接触器强化相际传质制备纳米材料、利用相转移催化多孔膜接触器强化液/液反应、氧化石墨烯膜渗透通道调控、框架材料混合基质渗透汽化膜结构调控、吸附功能膜、化学气相沉积法制备共价有机框架膜、脱气膜、高通量超滤膜、固相萃取膜、金属-空气电池隔湿透气膜、大面积石墨烯膜、重金属离子特异吸附膜、铺展法制膜、耐酸型钛系锂离子筛、抗菌材料、电化学制过氧化氢膜电极等研究工作。主持国家及其他科研项目10多项，发表学术论文 140 多篇，申请专利 30 多项，主编参编中外专著教材 10 部，获省部级科技奖等奖励，培养博士和硕士研究生30多人。

第一篇 膜基础 1 概述2 1.1 膜技术发展简史2 1.2 膜的分类3 1.3 膜过程4 思考题6 参考文献6 2 膜材料及其性质7 2.1 膜材料7 2.1.1 天然膜材料7 2.1.2 合成膜材料9 2.2 高分子材料结构与性质13 2.2.1 玻璃化温度13 2.2.2 结晶度15 2.2.3 耐热性15 2.2.4 降解15 思考题16 参考文献16 3 膜制备17 3.1 概述17 3.2 高分子溶剂的选择21 3.3 浸没沉淀法制备非对称膜24 3.3.1 无定形聚合物的浸没沉淀过程24 3.3.2 结晶性聚合物的浸没沉淀过程27 3.3.3 膜的结构形态28 3.3.4 膜孔结构的控制29 3.3.5 膜表面缺陷32 3.3.6 超临界流体作为非溶剂32 3.4 热致相分离法制备微孔膜33 3.4.1 热致相分离法33 3.4.2 低温热致相分离法36 3.5 复合膜的制备36 3.5.1 分离层的制备36 3.5.2 基膜的选择39 3.6 无机膜的制备39 3.6.1 多孔基膜的制备39 3.6.2 分离层的制备39 3.7 新型材料分离膜的制备46 3.7.1 金属有机骨架膜46 3.7.2 共价有机骨架膜47 3.7.3 氧化石墨烯膜49 3.7.4 石墨烯膜53 3.7.5 MXene膜55 3.7.6 自具微孔聚合物膜56 3.7.7 嵌段共聚物膜60 3.7.8 Janus膜61 3.8 新型制膜方法62 3.8.1 静电纺丝62 3.8.2 增材制造技术63 3.8.3 呼吸图案法64 3.8.4 光刻制膜66 3.8.5 纳米压印制膜67 3.9 膜的改性67 3.9.1 基体改性67 3.9.2 表面改性68 3.10 不同构型膜的制备72 3.10.1 平板膜72 3.10.2 管式膜73 3.10.3 中空纤维膜74 思考题75 参考文献75 4 膜的表征77 4.1 结构参数的测定77 4.1.1 孔径的测定77 4.1.2 孔隙率的测定80 4.1.3 正电子湮没谱81 4.1.4 吸附脱附等温线81 4.1.5 化学成分及结构分析83 4.2 渗透参数的测定85 4.2.1 选择性85 4.2.2 渗透性能86 4.3 荷电参数的测定87 4.4 其他参数的测定89 4.4.1 玻璃化温度和结晶度89 4.4.2 力学性能90 4.4.3 接触角91 4.4.4 稳定性93 4.4.5 膜污染状况94 思考题94 参考文献94 5 膜传递机理95 5.1 膜内传递过程95 5.1.1 通过多孔膜的传递95 5.1.2 通过非多孔膜的传递97 5.1.3 通过荷电膜的传递101 5.1.4 非平衡热力学描述膜传递过程103 5.1.5 限域传质106 5.1.6 分子模拟107 5.2 膜表面传递过程108 5.2.1 浓度极化108 5.2.2 膜污染112 思考题116 参考文献116 6 膜组件和流程设计118 6.1 膜组件118 6.2 流程设计119 6.2.1 流程119 6.2.2 能量消耗121 6.3 集成膜过程122 6.4 废弃分离膜的再利用和处理123 思考题124 参考文献124 第二篇 膜过程 7 反渗透 纳滤 超滤 微滤126 7.1 反渗透和正渗透126 7.1.1 渗透压126 7.1.2 反渗透127 7.1.3 正渗透131 7.2 纳滤132 7.2.1 纳滤膜133 7.2.2 应用138 7.3 超滤138 7.3.1 极限通量139 7.3.2 稀释过滤140 7.3.3 应用141 7.4 微滤143 思考题144 参考文献144 8 气体分离 渗透汽化 液膜 渗析146 8.1 气体分离146 8.1.1 膜材料146 8.1.2 应用149 8.2 渗透汽化153 8.2.1 概述153 8.2.2 渗透汽化过程153 8.2.3 膜材料和膜组件154 8.2.4 应用155 8.3 液膜159 8.3.1 概述159 8.3.2 促进传递液膜160 8.3.3 液膜分离过程162 8.3.4 应用163 8.4 渗析164 思考题166 参考文献166 9 电渗析 膜电解 燃料电池膜 水电解制氢膜167 9.1 离子交换膜167 9.2 电渗析170 9.2.1 原理170 9.2.2 应用172 9.3 膜电解175 9.4 燃料电池膜176 9.4.1 质子交换膜176 9.4.2 阴离子交换膜180 9.5 水电解制氢膜182 9.5.1 水电解制氢原理182 9.5.2 隔膜184 思考题186 参考文献186 10 膜接触器187 10.1 膜吸收187 10.1.1 膜吸收器的结构187 10.1.2 传质过程188 10.1.3 应用191 10.2 膜萃取194 10.2.1 原理194 10.2.2 传质过程195 10.2.3 应用197 10.3 膜蒸馏199 10.3.1 原理199 10.3.2 传质和传热201 10.3.3 膜润湿和膜污染202 10.3.4 应用202 思考题206 参考文献206 11 膜反应器208 11.1 膜化学反应器208 11.1.1 概述208 11.1.2 膜选择分离式反应器208 11.1.3 膜控制输入式反应器210 11.1.4 膜介观孔道式反应器212 11.2 膜生物反应器213 11.2.1 酶膜生物反应器214 11.2.2 膜微生物反应器218 11.2.3 膜组织细胞培养器220 思考题220 参考文献220 12 其他膜过程222 12.1 亲和膜分离222 12.1.1 亲和膜材料222 12.1.2 亲和介质的活化方法224 12.1.3 配基225 12.1.4 亲和膜分离理论226 12.1.5 应用226 12.2 分子印迹膜227 12.2.1 制备方法227 12.2.2 分离机理228 12.2.3 应用228 12.3 控制释放膜228 12.3.1 分类229 12.3.2 应用231 12.4 环境响应膜232 12.4.1 制备方法233 12.4.2 物理刺激响应膜233 12.4.3 化学刺激响应膜234 12.5 无机致密透氧膜235 12.5.1 快离子导体235 12.5.2 双相复合混合导体236 12.5.3 单相混合导体236 12.6 膜乳化238 12.6.1 影响因素238 12.6.2 应用239 12.7 膜吸附239 12.7.1 吸附膜240 12.7.2 吸附过程241 12.8 固相萃取膜244 12.9 电池隔膜246 12.9.1 锂离子电池隔膜246 12.9.2 全钒液流电池隔膜247 12.9.3 电池性能分析248 12.10 膜电极过程251 12.10.1 电容去离子251 12.10.2 电化学吸附252 12.11 油水分离膜254 12.12 阻隔膜256 12.12.1 影响气体阻隔性的主要因素257 12.12.2 高阻隔膜的种类257 思考题259 参考文献259 全书综合思考题260