Advanced Membrane Technology and Applications

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出版者:Wiley-AIChE
作者:Li, Norman N. (EDT)/ Fane, Anthony G. (EDT)/ Ho, W. S. Winston (EDT)/ Matsuura, T. (EDT)
出品人:
页数:1016
译者:
出版时间:2008-09-29
价格:USD 150.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780471731672
丛书系列:
图书标签:
  • 文献
  • 专业书籍类
  • CBE
  • 膜技术
  • 膜分离
  • 水处理
  • 能源
  • 环境工程
  • 化工工程
  • 材料科学
  • 生物技术
  • 分离技术
  • 膜材料
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具体描述

Advanced membranes-from fundamentals and membrane chemistry to manufacturing and applications A hands-on reference for practicing professionals, Advanced Membrane Technology and Applications covers the fundamental principles and theories of separation and purification by membranes, the important membrane processes and systems, and major industrial applications. It goes far beyond the basics to address the formulation and industrial manufacture of membranes and applications. This practical guide: Includes coverage of all the major types of membranes: ultrafiltration; microfiltration; nanofiltration; reverse osmosis (including the recent high-flux and low-pressure membranes and anti-fouling membranes); membranes for gas separations; and membranes for fuel cell uses Addresses six major topics: membranes and applications in water and wastewater; membranes for biotechnology and chemical/biomedical applications; gas separations; membrane contractors and reactors; environmental and energy applications; and membrane materials and characterization Includes discussions of important strategic issues and the future of membrane technologyWith chapters contributed by leading experts in their specific areas and a practical focus, this is the definitive reference for professionals in industrial manufacturing and separations and research and development; practitioners in the manufacture and applications of membranes; scientists in water treatment, pharmaceutical, food, and fuel cell processing industries; process engineers; and others. It is also an excellent resource for researchers in industry and academia and graduate students taking courses in separations and membranes and related fields.

膜分离技术与应用前沿:基础理论、新型材料与工业实践 书籍简介 本书旨在全面、深入地探讨膜分离技术领域,涵盖其从基础理论到尖端应用的全景图。内容侧重于现有成熟技术体系的优化、新型膜材料的研发进展,以及在水处理、气体分离、生物医药等关键工业领域中的实际工程应用挑战与解决方案。本书的撰写风格严谨、信息密度高,力求为专业研究人员、工程师和高年级学生提供一本兼具学术深度与工程实用价值的参考著作。 第一部分:膜分离技术基础与热力学驱动力 本部分系统回顾了膜分离过程的物理化学基础,为后续深入研究奠定坚实理论基础。 第一章:膜分离过程的宏观与微观视角 详细阐述了膜分离操作的基本原理,包括压力驱动、浓度梯度驱动和电化学驱动等基本分离模式。深入分析了膜对物质传输的控制机制,区分了扩散、对流和渗透等关键传输现象。重点讨论了膜系统中的质量和动量传递方程,强调了界面现象在分离效率中的决定性作用。 第二章:膜过程的热力学与输运现象 本章深入探讨了膜分离过程的不可逆热力学基础。分析了膜内物质和溶剂的传输速率,引入了菲克扩散定律、达西定律以及耦合的不可逆热力学系数(如斯蒂芬-多诺万系数)。详细解析了浓度极化、浓差极化以及渗透压的精确计算方法,并探讨了这些现象如何影响膜分离过程的长期稳定性与能耗。特别关注了在非理想溶液体系中(如高浓度盐水或复杂生物体系)传输系数的修正模型。 第二部分:膜材料的创新与结构设计 本部分聚焦于膜材料科学的最新突破,探讨了如何通过调控膜的形貌、孔径分布和表面化学性质来定制分离性能。 第三章:聚合物膜的合成与结构控制 系统梳理了目前工业界最常用的聚合物膜(如聚砜、聚酰胺、聚烯烃)的制备技术,包括相转化法(非溶剂沉淀、热致相分离)、拉伸定向法等。重点分析了这些制备工艺参数(如浇铸液浓度、浴液温度、萃取速率)如何精细控制膜的微孔结构、指状结构(Fingering Structure)和宏观孔道分布。此外,讨论了膜的交联技术,以提高其对有机溶剂和高压工况的耐受性。 第四章:无机膜与混合基质膜的突破 详细介绍了以陶瓷、玻璃和金属为基体的无机膜在极端条件下的应用优势。内容涵盖了氧化铝、氧化锆等材料的制备工艺,特别是如何通过溶胶-凝胶法(Sol-Gel)制备具有纳米级孔径的超滤/纳滤膜。随后,深入剖析了混合基质膜(Mixed Matrix Membranes, MMMs)的设计策略,即如何将金属有机框架材料(MOFs)、共价有机框架材料(COFs)或碳纳米管嵌入到聚合物基体中,以实现高通量与高选择性的协同提升,尤其是在气体分离领域的潜力。 第五章:仿生膜与智能响应膜 本章着眼于膜科学的前沿探索,模拟自然界的分离机制。探讨了利用仿生通道蛋白(如水通道蛋白)构建的膜,以实现极高的水通量而几乎完全阻隔溶剂或离子。此外,介绍了对pH值、温度、光照或电场等外界刺激产生可逆结构或化学变化的智能响应膜(Stimuli-Responsive Membranes),这些膜在药物控释和可切换分离方面展现出巨大前景。 第三部分:关键应用领域中的膜过程工程 本部分将理论和材料知识应用于具体的工业场景,探讨不同分离任务下的膜组件设计、操作优化和系统集成。 第六章:饮用水深度处理与海水淡化 全面分析了微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)技术在水处理中的应用边界与技术迭代。重点讨论了高回收率RO系统的浓水处理方案,包括正渗透(Forward Osmosis, FO)技术在减少浓盐水产生方面的潜力。针对膜污染(Fouling)这一核心挑战,详细阐述了污染物的吸附机理、污染的实时监测方法以及创新的在线清洗(CIP)方案和预处理技术(如磁性离子交换技术)。 第七章:气体分离与碳捕集技术 本章聚焦于膜技术在分离空气组分、天然气净化(脱硫、脱水)及工业烟气碳捕集中的应用。详细分析了聚合物膜在CO2/N2、O2/N2分离中的性能表征(渗透率和选择性)。深入探讨了中空纤维膜组件的设计、装填密度优化,以及如何通过优化膜件的压力驱动力来实现大规模工业化的成本效益。对比分析了膜分离技术与传统吸收/吸附法的优劣势。 第八章:生物分离与高端分离过程 本部分关注膜技术在生物制药和精细化工领域的应用。涵盖了超临界流体制备微胶囊、微/纳滤技术在蛋白质纯化、病毒清除和疫苗生产中的精确应用。特别分析了膜生物反应器(MBR)在废水处理中的集成优势,以及膜接触器技术(Membrane Contactors)在气体吸收/脱除过程中的应用,如膜蒸馏(MD)在低品位热源回收中的重要性。 第九章:膜系统的能效分析与经济性评估 本书的最后部分强调了膜过程的工程可行性和可持续性。引入了生命周期评估(LCA)的概念,用于量化膜系统的环境影响。详细讨论了膜过程的能耗构成,包括泵送能耗、跨膜压降(TMP)维持能耗,以及如何通过集成热集成和优化操作点来降低整体运营成本(OPEX)。对不同膜技术(如压力驱动膜与热驱动膜)的资本支出(CAPEX)与运营成本进行了深入的对比分析。

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用户评价

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这本书的装帧和印刷质量确实让人眼前一亮。内页纸张触感光滑,文字排版清晰,图表设计专业且易于理解,这对于一本技术性这么强的书籍来说至关重要。我特别欣赏作者在排版细节上的用心,比如关键术语的加粗和注释的规范化处理,这极大地提升了阅读体验。然而,在深入阅读核心内容时,我发现虽然理论基础讲解得相当扎实,但对于一些前沿的、需要高度专业知识才能把握的最新研究进展,叙述略显保守和简略。例如,在讨论新型分离膜材料的合成路径时,虽然提到了几种主流方法,但对于近年来新兴的原子层沉积(ALD)技术在膜结构精确控制方面的应用,似乎没有给予足够的篇幅进行深入剖析和案例展示。这使得对于期望快速掌握行业最新动态的资深研究人员来说,可能需要额外查阅最新的期刊文献来补充这部分信息。整体而言,这本书更像是一部结构严谨、侧重基础理论构建的优秀教材,而非一部紧跟瞬息万变的尖端技术动态的实践手册,适合初入该领域或需要系统回顾基础知识的读者。

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我花了很长时间来评估这本书在涵盖面上的平衡性。不可否认,对于无机膜(如陶瓷膜)和有机膜(如聚合物膜)的传统制备与性能测试部分,讲解得非常详尽和权威,几乎可以作为标准操作流程的参考手册。然而,在探索更具颠覆性的“下一代分离技术”时,我感受到了明显的侧重偏差。例如,在涉及金属有机框架(MOFs)和共价有机框架(COFs)等新型多孔材料在气体分离膜领域的最新突破性应用时,内容相对稀疏,似乎更新得不够及时。这些材料的快速发展,正逐步挑战传统高分子膜的性能边界,但书中对它们的相容性、长期稳定性以及大规模制备的挑战性分析,未能完全反映出当前的科研热点与工业化瓶颈。因此,如果读者的兴趣点在于驱动未来膜技术进步的“非常规”材料体系,这本书或许能提供一个扎实的理论起点,但需要在后续阅读中进行大量的补充工作,以跟上行业的前沿步伐。

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这本书的语言风格非常沉稳、客观,充满了学术的严谨性,但或许正因如此,某些章节在叙述上显得有些过于干燥和晦涩。对于那些依赖直观图像或流程图来建立空间概念的学习者来说,这本书在视觉辅助上做得还不够充分。例如,在描述复杂的中空纤维膜组件的内部流场分布时,如果能辅以更丰富的、不同尺度下的三维模拟可视化图,将会极大地降低读者的理解门槛。我发现自己不得不频繁地在脑海中构建抽象的模型,才能将文字描述的理论与实际设备形态对应起来。此外,虽然全书的参考文献列表非常详尽,但对于一些被频繁引用的、具有里程碑意义的经典文献,书中似乎缺少一些简短的背景介绍或评价,使得新读者可能无法迅速判断哪些是该领域必须精读的奠基性工作。这本书更像是写给已经熟悉该领域术语和基本框架的专家,而不是为那些希望快速“入坑”的新手准备的“拐杖”。

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坦白说,这本书的数学推导部分处理得相当得当,对于理解膜分离过程中的传质和分离机理至关重要。作者没有简单地罗列公式,而是详细解释了每个变量的物理意义及其在模型中的作用,这对于我这种更偏向应用实践的技术人员来说,是极大的帮助。我能够清晰地追踪到从经典的菲克定律到更复杂的非理想流体动力学模型是如何被引入到膜过程描述中的。不过,如果从一个更偏向“工程应用与故障排除”的角度来看,书中对于膜污染(Fouling)这一核心痛点的讨论,深度略显不足。虽然提到了几种主要的污染类型和缓解措施,但对于当前工业界越来越关注的在线监测技术、智能清洗策略以及膜材料表面的自清洁功能化设计,涉及得比较表面化。我更希望看到一些更贴近现场的、关于复杂水质条件下膜性能衰减的实际数据分析和长期运行的经验总结,而不是仅仅停留在基础的机理层面。

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这本书的行文逻辑和章节安排,着实体现了作者深厚的学术功底和清晰的知识体系构建能力。从宏观的膜分离原理到微观的膜材料结构表征,再到各类应用场景的深入剖析,整个阅读过程如同一场精心规划的学术旅程,层层递进,环环相扣。尤其值得称赞的是,作者在对比不同膜技术(如反渗透、纳滤、超滤)的优缺点时,采用了多维度、量化的分析方法,而非简单的定性描述。我个人认为,这种严谨的对比分析,对于工程师在实际工程项目中进行技术选型时,提供了非常宝贵的决策参考依据。然而,在某些应用案例的介绍上,我感觉其覆盖面略显不足,尤其是在新兴的能源存储和气体分离领域,虽然有提及,但案例深度和广度仍有提升空间。例如,针对高压氢气分离膜的研究进展,书中引用的数据和模型似乎停留在几年前的水平,对于当前突破性的高选择性聚合物膜的最新突破,着墨不多,略感遗憾。

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