《膜技術(shù)與膜制備基礎(chǔ)》從社會需求出發(fā)，對水處理膜、氣體分離膜、膜蒸餾膜、滲透汽化膜等涉及的傳質(zhì)機理、膜材料、膜結(jié)構(gòu)特征、制膜方法和膜組件、膜裝置的設(shè)計應(yīng)用與污染控制進行了全面詳細的介紹，總結(jié)了每種膜分離技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用。本書從每項膜技術(shù)的源頭進行介紹，使讀者通過了解膜技術(shù)的發(fā)展歷史，抓住膜技術(shù)的發(fā)展規(guī)律。本書可作為從事膜研究的科研人員、企事業(yè)單位管理人員等的參考資料，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)的研究生和高年級本科生的教材。
近年來，隨著我國膜分離科學(xué)的迅猛發(fā)展，新材料與新技術(shù)層出不窮，眾多高等學(xué)府亦紛紛開設(shè)相關(guān)課程。在講授研究生課程膜制備與應(yīng)用期間，筆者積累了豐富的資料。為了便于學(xué)生總結(jié)課堂知識，深入理解各類膜技術(shù)的起源與發(fā)展，筆者萌生了撰寫一部系統(tǒng)介紹膜技術(shù)與制備方法書籍的想法。2023年，筆者與長江科學(xué)院的高卓凡博士合作，啟動了本書的編撰工作。
本書內(nèi)容主要基于課堂講義及國內(nèi)外文獻，從需求驅(qū)動的視角出發(fā)，將膜技術(shù)與重大社會需求和工業(yè)應(yīng)用緊密結(jié)合。在介紹膜技術(shù)與膜制備的過程中，書中融入了材料科學(xué)（包括高分子物理、高分子化學(xué)、有機化學(xué)）和化學(xué)工程學(xué)（化工原理、熱力學(xué)、物理化學(xué)、傳遞過程等）的相關(guān)知識，旨在幫助讀者在學(xué)習(xí)膜科學(xué)的同時，掌握膜材料設(shè)計、合成、改性、制膜工藝及膜組件設(shè)計等關(guān)鍵知識。
本書由李培組織撰寫，高卓凡與李培共同擬定書稿大綱，并指導(dǎo)各章節(jié)內(nèi)容的編排。全書共分為9章：第1章由高卓凡與李培共同整理撰寫，主要探討膜技術(shù)與社會需求的關(guān)系；第2章由高卓凡撰寫，系統(tǒng)介紹水處理技術(shù)的發(fā)展歷程、膜分離凈水技術(shù)的應(yīng)用及面臨的瓶頸；第3章由高卓凡與石妍共同撰寫，深入講解滲透壓的概念、反滲透技術(shù)的發(fā)展歷史、反滲透過程的熱力學(xué)模型、反滲透膜的制備技術(shù)、納濾過程及納濾膜的制備方法；第4章由石妍與蔣文廣共同撰寫，介紹微濾膜傳質(zhì)模型、污染模型在超濾膜、微濾膜方法中的應(yīng)用，以及微孔膜在水處理領(lǐng)域之外的其他應(yīng)用情況；第5章由李培撰寫，闡述氣體在聚合物中傳質(zhì)的理論模型、影響因素，以及氣體分離膜的制備及測試方法；第6章由蔣文廣與張亮共同撰寫，介紹多層復(fù)合膜的歷史發(fā)展和應(yīng)用（包括多層涂敷和界面聚合技術(shù)）；第7章由張亮與夏求林共同撰寫，探討如何通過調(diào)控分子結(jié)構(gòu)設(shè)計高性能聚合物膜、聚合物/納米材料復(fù)合膜、耐溶脹氣體分離膜材料，以及共聚聚合物膜、混合基質(zhì)膜的傳質(zhì)模型；第8章由中南民族大學(xué)雷敏撰寫，介紹非溶劑相轉(zhuǎn)化方法制膜原理及其在水處理膜和氣體分離膜中的應(yīng)用；第9章由夏求林與高卓凡共同撰寫，闡述滲透汽化膜的原理、制備及應(yīng)用。
本書的出版得到了科學(xué)技術(shù)部國家重點研發(fā)計劃政府間國際科技創(chuàng)新合作重點專項水環(huán)境中微生物在線監(jiān)測與水質(zhì)預(yù)警技術(shù)研究與示范（2022YFE0117000）、國家自然科學(xué)基金項目混凝土表面等離子熱噴陶瓷涂層制備和性能研究（52179122）以及武漢市科技局武漢市知識創(chuàng)新專項耐廣譜溶劑膜材料開發(fā)及其高效處理新興污染物廢液關(guān)鍵技術(shù)研究（CKSD2022360/CL）的資助。
長江科學(xué)院的金鑫誠和筆者的碩士研究生孫振漢完成了大部分圖片和表格的制作工作，牛闖、任忠正、王志勇參與了部分圖表的制作，陳麗飛對本書參考文獻、文字部分進行了認真校核。在此，對他們的辛勤工作表示衷心的感謝。
本書的出版是集體智慧的結(jié)晶，凝聚了眾多學(xué)者的心血與努力。期待本書的出版能夠為膜科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)交流與技術(shù)進步作出貢獻，并為相關(guān)專業(yè)的學(xué)生與研究人員提供有價值的參考與指導(dǎo)。
本書可以作為從事膜研究的科研人員的參考用書，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)研究生和高年級本科生教材。鑒于膜技術(shù)發(fā)展迅速、覆蓋領(lǐng)域廣泛，書中疏漏或不妥之處在所難免，敬請廣大讀者不吝賜教，提出寶貴意見。
李培
于北京化工大學(xué)
第1章緒論001
1.1什么是分離膜001
1.2膜與社會需求的關(guān)系001
1.3能源和水資源的關(guān)系003
1.4膜分離技術(shù)在能源和水處理中的應(yīng)用004
1.4.1能源生產(chǎn)中的膜分離技術(shù)004
1.4.2脫鹽和水處理中的膜技術(shù)010
1.5小結(jié)011
參考文獻012
第2章水處理膜概述014
2.1引言014
2.2水處理技術(shù)的發(fā)展歷史簡介016
2.3當(dāng)前的凈水技術(shù)以及水處理膜技術(shù)017
2.3.1地下水處理工藝017
2.3.2過濾的基本概念019
2.3.3水處理膜技術(shù)的分類020
2.4膜生物反應(yīng)器021
2.4.1膜生物反應(yīng)器工藝021
2.4.2膜生物反應(yīng)器膜污染024
2.4.3膜污染控制027
2.5小結(jié)031
參考文獻031
第3章反滲透膜和納濾膜032
3.1引言032
3.2滲透壓的概念032
3.3反滲透技術(shù)的發(fā)展歷史036
3.4描述反滲透和納濾過程的熱力學(xué)模型041
3.4.1非平衡態(tài)熱力學(xué)041
3.4.2傳質(zhì)模型044
3.5反滲透膜的制備方法049
3.6納濾膜050
3.6.1商業(yè)納濾膜的種類051
3.6.2描述納濾過程的模型051
3.7小結(jié)053
參考文獻053
第4章微孔膜055
4.1引言055
4.2微濾膜的傳質(zhì)機理055
4.3膜污染058
4.4微濾膜污染模型060
4.5利用污染模型指導(dǎo)超濾膜、微濾膜操作條件設(shè)計062
4.6微孔膜在其他領(lǐng)域的應(yīng)用063
4.6.1微孔疏水膜在透氣防水衣物上的應(yīng)用063
4.6.2微孔疏水膜在鋰電池中的應(yīng)用063
4.6.3微孔疏水膜在液體脫氣中的應(yīng)用064
4.6.4微孔疏水膜用于制造人工肺065
4.7熔融拉伸紡絲工藝066
4.8小結(jié)070
參考文獻070
第5章氣體分離膜072
5.1引言072
5.2氣體在膜中的傳質(zhì)機理073
5.2.1努森擴散073
5.2.2本體擴散074
5.2.3黏性流075
5.2.4表面擴散075
5.2.5分子篩076
5.2.6氣體在致密無孔聚合物膜中的傳質(zhì)模型076
5.3氣體分子在致密聚合物中的擴散081
5.4氣體分子在玻璃態(tài)和橡膠態(tài)聚合物中的擴散規(guī)律083
5.5氣體分子在橡膠態(tài)和玻璃態(tài)聚合物中的擴散模型085
5.6氣體在聚合物中的吸附模型089
5.7氣體分離膜的基本傳質(zhì)方程092
5.8膜材料的氣體傳質(zhì)性能的實驗表征方法094
5.8.1溶解度的測量方法095
5.8.2吸附等溫線的分析方法096
5.8.3基于雙模吸附的雙模傳質(zhì)理論097
5.8.4氣體滲透性的實驗測量方法099
5.9小結(jié)100
參考文獻101
第6章多層復(fù)合膜的傳質(zhì)模型及制備方法102
6.1引言102
6.2多層復(fù)合膜的串聯(lián)阻力模型102
6.3三層復(fù)合膜109
6.4非對稱膜的結(jié)構(gòu)110
6.5多層復(fù)合膜的制備方法112
6.6小結(jié)118
參考文獻118
第7章氣體分離膜材料設(shè)計120
7.1引言120
7.2通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計，調(diào)控聚合物的自由體積、滲透性和選擇性的方法121
7.3無機膜材料的氣體滲透性和選擇性127
7.4聚合物/納米材料混合基質(zhì)膜的氣體傳質(zhì)性能129
7.4.1聚合物/混合基質(zhì)膜的氣體傳質(zhì)模型130
7.4.2聚合物/納米共混材料的低通量現(xiàn)象134
7.5抗塑化聚合物膜材料的設(shè)計方法135
7.6小結(jié)147
參考文獻147
第8章非溶劑相轉(zhuǎn)化過程的基本原理150
8.1引言150
8.2溶解過程150
8.3溶解度參數(shù)151
8.4相分離和相圖157
8.5非溶劑誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)化過程的動力學(xué)過程分析161
8.5.1計算溶劑、非溶劑擴散速度的方法162
8.5.2聚合物凝膠化對應(yīng)的相變區(qū)域增長164
8.5.3相分離機理166
8.6影響膜形貌和分離性能的因素171
8.6.1聚合物、溶劑、非溶劑的選擇171
8.6.2聚合物濃度的影響172
8.6.3凝固浴組成的影響173
8.6.4鑄膜液組成的影響174
8.7添加劑175
8.7.1低分子量添加劑175
8.7.2高分子量添加劑177
8.7.3共聚物178
8.8蒸汽誘導(dǎo)相分離對中空纖維膜結(jié)構(gòu)的影響178
8.8.1空氣間隙的長度180
8.8.2相對濕度的影響181
8.8.3蒸汽誘導(dǎo)相分離結(jié)合添加劑調(diào)控中空纖維的結(jié)構(gòu)181
8.9小結(jié)181
參考文獻182
第9章滲透汽化膜技術(shù)184
9.1引言184
9.2描述滲透汽化過程的模型185
9.3評價滲透汽化性能的量化方法187
9.3.1溶解性和溶解選擇性189
9.3.2擴散性和擴散選擇性191
9.3.3整體滲透性能193
9.3.4溫度對滲透汽化性能的影響193
9.4滲透汽化性能的評價裝置194
9.5滲透汽化膜材料的設(shè)計195
9.6滲透汽化膜材料的穩(wěn)定性196
9.7滲透汽化脫鹽196
9.8總結(jié)與展望201
參考文獻202
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