膜分离技术及其应用PDF电子书下载

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k 75

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H2O 333

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