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第1篇 膜分离技术基础理论1

1 反渗透膜分离技术基础1

1.1 反渗透膜分离技术的基本原理和特点1

1.2 反渗透膜污染与浓差极化1

1.3 反渗透膜和组件的性能及测试方法2

1.4 反渗透膜分离系统3

1.5 反渗透膜分离技术主要用途5

参考文献5

2 纳滤膜分离技术基础6

2.1 纳滤膜分离技术的特点6

2.2 纳滤膜分离机理和评价方法6

2.2.1 浓差极化6

2.2.2 膜过程的不要逆过程分析6

2.2.3 电荷模型7

2.2.4 细孔模型8

2.2.5 静电排斥和立体阻碍模型9

2.2.6 纳滤膜分离性能的评价方法9

2.3 纳滤膜组件及其分离过程的系统设计10

2.3.1 纲滤膜组件及其分离过程10

2.3.2 纳滤膜分离过程的设计11

2.3.3 纳滤膜分离系统设计中的注意事项12

2.4 纳滤膜分离系统的操作与管理12

2.4.1 膜的污染和劣化12

2.4.2 膜污染物质的预处理法13

2.4.3 纳滤膜分离系统的维持管理15

2.5 纳滤膜分离技术的其他用途17

2.5.1 低聚糖的分离和精制17

2.5.2 果汁的高浓度浓缩17

2.5.3 肽和氨基酸的分离18

2.5.4 抗生素的浓缩与纯化18

2.5.5 牛奶及乳清蛋白的浓缩18

2.5.6 农产品的综合利用18

2.5.7 膜生化反应器的开发19

参考文献19

3 超滤膜分离技术基础21

3.1 超滤膜分离技术的基本原理和特点21

3.2 超滤膜和膜组件的性能及测试方法21

3.2.1 超滤膜21

3.2.2 超滤膜组件22

3.3 超滤膜的污染及浓差极化及控制对策22

3.3.1 膜污染的定义及表征22

3.3.2 浓差极化的定义及表征23

3.3.3 膜污染和浓差极化的控制方法24

3.4 超滤膜分离系统及工艺流程26

3.5 超滤膜分离技术的主要用途26

参考文献27

4 微滤膜分离技术基础28

4.1 微孔分离膜技术的基本原理和特点28

4.1.1 微滤膜的特点28

4.1.2 微滤膜的分离机理29

4.2 微滤膜材料及膜制备技术32

4.2.1 微滤膜材料32

4.2.2 微滤膜的制备技术34

4.2.3 微滤膜的表面改性36

4.3 微滤膜和膜组件的性能及测试方法38

4.3.1 微滤膜的性能及测试方法38

4.3.2 微滤膜组件的评价41

4.4 微滤膜分离系统及工艺流程43

4.5 微滤膜的污染与防治45

4.5.1 污染的防治45

4.5.2 膜的清洗46

参考文献47

5 无机分离膜技术基础49

5.1 无机分离膜技术的基本原理和特点49

5.2 无机分离膜、膜组件和性能测定49

5.2.1 无机分离膜49

5.2.2 无机膜组件50

5.2.3 无机膜性能测定51

5.3 无机膜分离系统及工艺流程53

5.3.1 操作方式53

5.3.2 膜污染的控制及清洗方法54

5.4 无机膜分离技术的主要用途55

参考文献56

6 离子交换换膜分离技术基础57

6.1 离子交换膜分离技术的基本原理、应用和特点57

6.1.1 离子交换膜分离技术的基本原理57

6.1.2 离子交换膜的选择透过性58

6.1.3 膜电位62

6.1.4 电渗析的基本过程62

6.1.5 离子交换膜分离技术的应用63

6.1.6 离子交换膜分离技术的特点63

6.2 离子交换膜的基本性能和测试方法63

6.2.1 离子交换膜的基本性能63

6.2.2 离子交换膜的性能测定方法64

6.3 电渗析器的结构及工艺流程65

6.3.1 电渗析器的结构65

6.3.2 电渗析器的组装66

6.3.3 电渗析除盐的工艺流程66

6.4 离子交换膜分离技术主要用途68

6.4.1 电渗析除盐68

6.4.2 频繁倒极电渗析68

6.4.3 无极水自动控制电渗析68

6.4.4 填充床电渗析制备纯水68

6.4.5 离子交换膜作隔膜的隔膜电解69

6.4.6 离子交换膜扩散渗析69

6.4.7 双极膜69

参考文献70

7 透析膜分离技术基础71

7.1 透析膜分离技术的基本原理和特点71

7.1.1 杜南膜平衡71

7.1.2 物质的传输现象和膜透过71

7.2 透析膜和膜组件及性能测试73

7.2.1 生物相容性73

7.2.2 透析膜材料73

7.2.3 膜的总传质系数k75

7.2.4 清除率、透析率和下降率75

7.2.5 水通量76

7.2.6 透析器的血室容积76

7.2.7 透析膜及其装置的其他性能指标76

7.3 透析系统及工艺流程76

7.3.1 人工肾血液透析器及其辅助系统76

7.3.2 血液透析滤过79

7.3.3 压榨（碱）液的回收80

7.4 透析技术的主要用途81

7.4.1 人工肾血液透析器81

7.4.2 血液净化器82

7.4.3 酒精饮料脱醇82

7.4.4 其他82

参考文献82

8 气体膜分离技术基础83

8.1 基本原理和特点83

8.1.1 非孔膜83

8.1.2 多孔膜84

8.2 膜和膜组件85

8.2.1 高分子膜85

8.2.2 无机膜85

8.2.3 渗透系数测定86

8.2.4 膜组件86

8.3 气体膜分离系统及工艺流程86

8.4 气体膜分离技术的主要用途88

8.4.1 氢气回收88

8.4.2 氮气分离89

8.4.3 氧气富集89

8.4.4 CO2分离89

8.4.5 有机蒸气的回收89

8.4.6 水汽脱除89

参考文献89

9 渗透汽化膜分离技术基础90

9.1 渗透汽化膜分离技术的基本原理和特点90

9.2 渗透汽化膜、膜组件及性能测试90

9.2.1 渗透汽化膜、膜组件90

9.2.2 膜的 PV特性测定95

9.3 渗透汽化膜分离系统及工艺流程95

9.4 渗透汽化膜分离技术的主要用途96

参考文献97

10 膜萃取技术基础98

10.1 膜萃取技术的基本原理和特点98

10.1.1 膜萃取技术的特点98

10.1.2 膜萃取传质原理99

10.1.3 同级萃取反萃取膜过程的传质模型100

10.2 膜萃取过程的影响因素100

10.2.1 两相压差Δp的影响100

10.2.2 两相流量的影响100

10.2.3 相平衡分配系数与膜材料的浸润性能的影响101

10.2.4 体系界面张力和穿透压101

10.3 中空纤维膜萃取器的设计和选用101

10.3.1 各分传质系数关联式102

10.3.2 壳程流动非理想性和壳程子通道模型102

10.3.3 中空纤维膜萃取过程的强化103

10.3.4 中空纤维膜器的串联和并联103

10.4 同级萃取反萃取膜过程103

10.4.1 同级萃取反萃取膜过程的特点103

10.4.2 同级萃取反萃取膜过程的强化104

10.5 膜萃取技术的主要用途104

参考文献105

11 膜蒸馏分离技术基础106

11.1 膜蒸馏分离技术的基本原理、特征和分类106

11.1.1 膜蒸馏技术的原理及特征106

11.1.2 膜蒸馏的优点与弱点107

11.1.3 膜蒸馏组件和操作方式的分类107

11.2 疏水微孔膜的制备、膜蒸馏的传质规律及传质传热机理108

11.2.1 膜蒸馏所用的膜的制备108

11.2.2 膜蒸馏的传质规律108

11.2.3 膜蒸馏传质传热理论及影响膜蒸馏效率的因素110

11.3 膜蒸馏分离技术应用概述111

11.3.1 海水和苦咸水淡化111

11.3.2 超纯水的制备111

11.3.3 化学物质的浓缩和回收112

11.3.4 挥发性溶质水溶液膜蒸馏的应用112

11.3.5 膜蒸馏的特殊应用112

11.4 膜蒸馏相关的膜过程112

11.4.1 气态膜过程113

11.4.2 渗透蒸馏113

11.4.3 膜蒸馏的集成膜过程113

11.4.4 水相脱气和溶气113

11.5 膜蒸馏研究的发展方向114

参考文献114

12 膜反应器技术基础119

12.1 膜反应器设计原理119

12.1.1 产物原位分离膜反应技术119

12.1.2 反应物控制输入膜反应技术119

12.1.3 非选择性渗透催化膜反应技术120

12.1.4 多相膜反应和萃取膜反应120

12.1.5 耦合膜反应技术121

12.1.6 催化膜121

12.2 膜反应器的分类121

12.2.1 按应用体系分类121

12.2.2 无机膜反应器的分类122

12.3 膜反应器的主要用途123

12.3.1 加氢、脱氢反应中的膜反应123

12.3.2 烃类选择氧化——甲烷氧化偶联124

12.3.3 均相反应124

12.3.4 酶膜反应器124

12.3.5 膜循环发酵器125

12.3.6 动物细胞培养用膜反应器125

13 膜控制释放基本理论127

13.1 膜控制释放技术的基本原理、分类和特点127

13.1.1 扩散控制系统127

13.1.2 化学控制系统128

13.1.3 溶剂活化系统128

13.1.4 功能性调控系统129

13.2 扩散型膜控制释放体系的传质特性129

13.2.1 存储器型释放系统129

13.2.2 混合药膜型释放系统130

13.2.3 存储混合型释放系统131

13.3 控制释放膜的制备、释放动力学曲线测定及性能表征132

13.3.1 膜控制体系的确定132

13.3.2 膜体系的制备133

13.3.3 释放动力学数据的采集133

13.3.4 控制释放膜有关特性参数测定方法133

13.4 膜控制释放技术的应用领域及实例135

13.4.1 在医药工业中的应用135

13.4.2 在农药工业中的应用137

13.4.3 在化肥工业中的应用138

13.4.4 控制释放膜的基本应用领域138

13.5 膜控制释放技术的研究方向138

参考文献139

14 膜分离过程传递理论基础142

参考文献147

第2篇 膜分离技术的应用及实例148

15 液膜分离技术应用及实例148

15.1 工业纯水、超纯水的制备148

15.1.1 简述148

15.1.2 电子工业用纯水、超纯水的制造148

15.1.3 电厂中、高压锅炉补给水制造155

15.1.4 化学工业用纯水系统157

15.1.5 实验室用纯水、超纯水系统157

15.1.6 管道直饮水/净水处理系统159

15.1.7 结束语160

15.2 水的脱盐及软化161

15.2.1 简述161

15.2.2 苦咸水淡化实例162

15.2.3 海水淡化工程实例175

15.3 膜分离技术在医药工业与医疗中的应用186

15.3.1 在西药及生物制剂工业中的应用186

15.3.2 膜分离技术在中药制剂生产中的应用195

15.3.3 在临床医学中的应用199

15.4 食品工业中的膜分离技术224

15.4.1 膜分离技术在果蔬汁加工中的应用227

15.4.2 微滤技术在酒类生产中的应用240

15.4.3 膜技术在食用油加工和植物蛋白浓缩、提纯中的应用244

15.4.4 膜分离技术在酿造工艺中的应用248

15.5 在冶金工业中的应用253

15.5.1 简述253

15.5.2 扩散渗析（DD）回收酸或碱253

15.5.3 离子膜作隔膜的电解过程257

15.5.4 从稀溶液中深缩回收金属263

15.5.5 冶金工业废水处理268

15.6 环境工程中的污水处理与回用270

15.6.1 汽车厂处理电泳涂漆废水271

15.6.2 纺织印染废水处理与回用272

15.6.3 电镀废水处理279

15.6.4 其他工业废水处理286

15.6.5 食品工业废水处理与回用309

15.6.6 大楼排水和二级出水处理与回用315

参考文献320

16 气体膜分离技术的应用及实例326

16.1 简述326

16.1.1 气体膜分离系统的一般考虑326

16.1.2 气体膜分离的一般经济考虑328

16.1.3 气体膜分离适用范围328

16.2 应用实例328

16.2.1 氢回收328

16.2.2 天然气脱CO2、H2S和H2O333

16.2.3 膜法富氮技术336

16.2.4 膜法富氧技术337

16.2.5 易挥发有机化合物（VOC）的回收338

16.2.6 氦的回收340

16.2.7 发展中的应用341

参考文献342

17 无机分离膜的应用343

17.1 简述343

17.2 在食品工业中的应用343

17.2.1 苹果汁澄清过滤343

17.2.2 牛奶除菌应用345

17.2.3 调味品除菌除染346

17.2.4 饮用水净化346

17.3 在生化与制药工业中的应用347

17.3.1 生物发酵液澄清过滤中的应用347

17.3.2 中成药加工中的应用349

17.4 在环保工程中的应用351

17.4.1 冷轧乳化液废水处理351

17.4.2 钛白废水废酸处理353

17.4.3 印钞废水处理技术354

17.5 无机分离膜用于气体净化355

17.6 无机分离膜用于气体分离355

17.6.1 高纯氢的制备356

17.6.2 氧和氮的分离富集356

17.6.3 氢和烃的分离356

17.6.4 氢与一氧化碳的分离356

17.6.5 氢和氮的分离356

17.6.6 其他体系的无机膜分离356

参考文献357

18 渗透汽化膜技术应用实例359

18.1 无水乙醇的生产359

18.2 异丙醇的脱水浓缩360

18.3 苯中微量水的脱除360

18.4 碳六溶剂油中微量水的脱除361

18.5 有机物/有机物分离362

18.6 水中少量有机物的脱除364

18.7 渗透汽化法耦合集成过程应用实例364

19 双极膜的应用365

19.1 在化工生产及分离过程中的应用366

19.1.1 酸碱的生产366

19.1.2 双极膜电萃和电反萃富集铜366

19.1.3 性质相近的金属离子的分离和富集367

19.2 在环境保护领域中的应用368

19.2.1 酸性废液的净化和回收368

19.2.2 碱性废液的净化和回收368

19.2.3 酸性气体的清除、回收369

19.2.4 含氟废液的处理及有价氟的回收369

19.3 在生物化工过程中的应用370

19.3.1 有机酸制备370

19.3.2 有机酸回收371

19.4 在盐化工和海洋化工过程中的应用371

19.4.1 不等价离子的分离——双极膜纳滤371

19.4.2 等价离子的分离372

19.4.3 卤水的酸化372

19.5 双极膜蓄电池374

19.6 双极性膜电渗析法的应用举例375

19.6.1 在维生素C钠盐酸化制备维生素C的过程中的应用375

19.6.2 在难溶有机酸制备中的应用376

19.6.3 极稀废水中醋酸的回收377

19.7 双极膜的发展及应用展望378

参考文献378

20 膜萃取过程的应用380

20.1 膜萃取过程防止溶剂污染的优势380

20.2 金属萃取380

20.3 有机物萃取381

20.4 发酵-膜萃取耦合过程382

20.5 膜萃取生物降解反应器和酶膜反应器383

20.6 膜萃取技术付诸实施的关键384

20.7 环境检测和生化分析样品的预处理384

20.7.1 环境检测385

20.7.2 生化分析386

参考文献386

21 膜蒸馏分离技术的应用388

21.1 概述388

21.2 应用实例388

21.2.1 日产淡水50L的太阳能膜蒸馏脱盐装置388

21.2.2 规模更大的太阳能膜蒸馏脱盐装置390

21.3 国内外膜蒸馏应用研究情况391

21.4 疏水性微孔膜在膜蒸馏的应用研究393

21.5 发展前景395

参考文献395

22 膜生物反应器在废水处理中的应用397

22.1 膜生物反应器的类型397

22.2 厌氧过程中的膜-生物反应器398

22.2.1 玉米加工废水398

22.2.2 羊毛洗涤废水399

22.3 好氧过程中的膜-生物反应器399

22.3.1 大楼废水回用399

22.3.2 汽车零件厂工业废水400

参考文献400

23 膜分离技术在分析领域中的应用402

23.1 概述402

23.2 分析化学应用中的膜过程和膜块结构403

23.3 膜分离技术应用实例408

23.3.1 环境样品中挥发性有机污染物的分离和测定408

23.3.2 食品样品中风味和香味物质测定408

23.3.3 燃料油中芳烃类化合物的选择分离分析测定412

23.3.4 血浆样品中乙醇测定412

参考文献414

24 膜软件的开发创新及其在工业分离领域中的应用417

24.1 膜应用工艺过程介绍及膜软件概念的创立417

24.1.1 膜应用工艺过程简介417

24.1.2 膜软件概念的创立417

24.2 不同工业分离过程中应用的膜材料与构型的选择419

24.2.1 膜组件的构型419

24.2.2 膜组件构型的比较419

24.2.3 膜材料的选择419

24.3 膜应用过程的创新研究及膜分离工艺条件的优化423

24.4 膜系统的设计及其与上下游工艺的整合424

24.4.1 膜系统操作模型425

24.4.2 组件的排布与连接425

24.4.3 膜系统与上下游工艺所整合426

24.5 膜污染控制与清洗方法介绍427

24.5.1 膜污染情况概述427

24.5.2 膜污染的控制428

24.5.3 被污染膜的清洗432

24.6 工业分离领域中膜应用过程常见的故障及排除方法434

24.7 国内开拓成功的膜应用工艺及相关的膜分离设备435

24.7.1 维生素C生产中超滤膜软件435

24.7.2 染料生产过程中的纳滤膜软件436

24.7.3 浓缩与回收6-APA及其他抗生素的纳滤膜软件437

24.7.4 乳品工业中的膜软件438

24.7.5 味精生产中的膜软件438

参考文献439

25 中国膜工业的发展与膜市场441

25.1 中国膜工业发展概况441

25.2 几种主要分离膜工业的发展442

25.2.1 中国离子交换膜和电渗析工业的发展442

25.2.2 中国反渗透膜工业的发展443

25.2.3 中国超滤膜工业的发展444

25.2.4 中国微孔滤膜工业的发展444

25.3 中国的膜市场445

25.3.1 膜市场的构成445

25.3.2 膜市场的管理445

25.3.3 膜市场的规模和潜力445

25.3.4 膜市场的发展与竞争446

25.4 中国膜工业存在的主要问题447

25.4.1 技术水平低447

25.4.2 膜的品种少447

25.4.3 企业和产品的规模小447

25.4.4 应用效益差447

附录A 国内主要膜生产企业简介及主要产品介绍449

附录B 国外主要膜生产企业简介及主要产品介绍474