膜分离技术及其应用

本书分两篇25章，第Ⅰ篇主要介绍膜分离技术基础理论，包括反渗透、纳滤、超滤、微滤、无机膜分离、离子交换膜、透析、气体膜分离渗透汽化、膜萃取、膜蒸馏、膜反应器、控制释放及膜分离过流流体力学与传递理论基础等。第Ⅱ篇主要介绍膜分离技术的应用及应用实例，包括液膜分离技术应用及实例、气体膜分离技术应用及实例、渗透汽化膜技术应用实例、双极膜的应用、膜萃取过程的应用、膜蒸馏技术的应用、膜生物反应器在废水处理中的应用、膜分离技术在分析领域中的应用、膜软件的开发创新及其在工业分离领域的应用、中国膜工业的发展与市场等。希望本书对我国膜分离技术的发展起到积极的推动作用。

第Ⅰ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膜过程的不可逆过程分析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纳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超滤膜的污染和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

8.4.4CO2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控制释放膜的其他应用领域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Ⅱ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从稀溶液中浓缩回收金属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调味品除菌除杂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"para" label-module="para">

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50 L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"_blank" href="/item/生物反应器/6432274" data-lemmaid="6432274">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"para" label-module="para">

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的整合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生产中的超滤膜软件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"para" label-module="para">

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

书名:膜分离技术及其应用

定价:72

页数:513

出版日期:2003-1-1

版次: 1

开本:16开

包装:平装

陶瓷膜也称GT膜，是以无机陶瓷原料经特殊工艺制备而成的非对称膜，呈管状或多通道状。陶瓷膜管壁密布微孔，在压力作用下，原料液在膜管内或膜外侧流动，小分子物质(或液体)透过膜，大分子物质(或固体颗粒、液体液滴)被膜截留从而达到固液分离、浓缩和纯化之目的。

在膜科学技术领域开发应用较早的是有机膜，这种膜容易制备、容易成型、性能良好、价格便宜，已成为应用最广泛的微滤膜类型。但随着膜分离技术及其应用的发展，对膜的使用条件提出了越来越高的要求，需要研制开发出极端条件膜固液分离系统，和有机膜相比，无机陶瓷膜具有耐高温、化学稳定性好，能耐酸、耐碱、耐有机溶剂、机械强度高，可反向冲洗、抗微生物能力强、可清洗性强、孔径分布窄，渗透量大，膜通量高、分离性能好和使用寿命长等特点。

无机陶瓷膜在水处理中应用最大的障碍主要有二个方面，其一是制造过程复杂，成本高，价格昂贵；其二是膜通量问题，只有克服膜污染并提高膜的过滤通量，才能真正推广应用到水处理的各个领域。

美国西雅图环境科技公司研发的涤饵DEAR无机陶瓷膜系统，是在普通陶瓷膜研究的基础上，通过高科技改造，减少膜污染，大大提高膜通量，有效克服了无机陶瓷膜在水处理中应用的主要问题，使无机陶瓷膜应用于水处理成为可能。