具体描述
《离子交换膜基本原理及应用》全面系统地介绍了离子交换膜的制备、性能测定及其应用。全书分为基本原理卷和应用卷，内容新颖、翔实。基本原理卷部分概念清晰，图文并茂，易于理解；应用卷借助大量已成功应用的工业规模化的实例，介绍了离子交换膜特别是双极膜的应用。离子交换膜是膜技术的一种，主要用于电渗析技术处理水、电解隔膜、分离等，在食品工业、电子工业、化工、环境保护等领域有广泛的应用。《离子交换膜基本原理及应用》适用于从事化工、环保、医药、食品、电力、膜研究、电子半导体等技术人员及科研工作者参考。
先进分离技术与膜分离工程 图书简介 本书全面深入地探讨了现代分离科学与工程领域中的核心技术——膜分离技术。内容涵盖了从基础的膜材料科学到复杂的膜过程设计与应用，旨在为化工、环境工程、生物技术以及材料科学等领域的专业人士和研究人员提供一本详尽、实用的参考手册和教材。 第一部分：分离科学基础与膜分离原理 本部分聚焦于分离过程的理论基础，并着重阐述了膜分离的独特性质。 第一章：分离工程基础回顾 本章首先回顾了传统分离方法（如蒸馏、萃取、吸附）的基本原理、热力学约束和分离效率的衡量标准。在此基础上，引入了过程强化的概念，强调了膜分离作为一种新型、高效、节能分离手段的必要性。重点分析了分离过程中的驱动力（如浓度梯度、压力梯度、电势梯度）在不同单元操作中的体现，为后续膜过程的深入学习奠定理论基础。 第二章：膜分离的基本概念与分类 详细界定了“膜”的物理化学定义，阐述了膜的结构特性，包括孔隙大小分布、厚度、有效传质面积等关键参数。系统地介绍了膜分离技术的分类体系，包括基于分离机理的分类（如溶解-扩散机理、分子筛机理、对流渗透机理）和基于操作压力的分类（如微滤、超滤、纳滤和反渗透）。对每种膜过程的分离尺度（截留分子量或有效孔径）进行了精确的量化描述和比较，并分析了不同膜类型在分离因子和通量之间的权衡关系。 第三章：膜分离的输运现象与动力学 本章是理论核心部分。深入分析了溶质和溶剂在膜内的传输机理。针对非均相膜系统，详细推导了菲克扩散定律、达西定律与膜分离过程的耦合方程。引入了膜两侧浓度极化现象的数学模型，包括局部静膜厚度、浓差极化层厚度及跨膜压力的分布规律。讨论了膜孔道内的流动阻力，并结合界面现象，解释了范德华力、静电相互作用等对渗透选择性的影响。 第二部分：膜材料的制备与表征 本部分详细介绍了构成膜分离系统的核心——膜材料的合成、结构控制及其性能的精确表征方法。 第四章：膜材料的结构与性能 探讨了支撑材料（如无纺布、陶瓷基体）的选择标准和制备工艺。重点分析了聚合物膜（如聚砜、聚酰胺、聚偏氟乙烯）的相分离技术，如浸没沉降法（NIPS）、热致相分离法（TIPS）对膜孔结构、表面粗糙度和亲/疏水性的调控作用。同时，对无机膜（如氧化铝、氧化锆）的制备、烧结过程及其高稳定性进行了论述。 第五章：新型功能化膜材料的开发 本章聚焦于前沿研究方向。详细介绍了用于提高膜选择性和抗污染能力的表面改性技术，包括接枝共聚、等离子体处理和原位合成。重点阐述了选择性膜的开发，如金属有机框架（MOFs）膜、共价有机框架（COFs）膜以及基于石墨烯或碳纳米管的复合膜，如何通过引入特定的化学基团或精准的纳米孔道结构，实现对特定分子（如气体或特定离子）的超高选择性分离。 第六章：膜性能的物理化学表征 系统介绍了评估膜性能的关键实验技术。包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）对膜形貌的观察；气体/液体渗透实验对分离因子和渗透通量的测定；接触角测量对表面亲疏水性的评估。特别强调了孔径分布分析技术（如汞压法、气体吸附法）在微滤和超滤膜开发中的应用。 第三部分：膜分离过程的应用工程 本部分将理论与工程实践相结合，深入探讨了各种膜过程在关键工业领域的实际应用和系统设计。 第七章：水处理与资源化工程中的膜技术 详述了膜技术在水净化领域的主导地位。反渗透（RO）在海水淡化和高盐废水处理中的能耗优化与膜污染控制策略；纳滤（NF）在饮用水深度处理和硬度去除中的应用；超滤（UF）和微滤（MF）在污水回用和超纯水制备中的地位。深入分析了膜生物反应器（MBR）的耦合机理、优势及运行维护中的关键问题。 第八章：气体分离与膜反应器 本章聚焦于气相分离过程，如空气分离（制氧/制氮）、天然气脱除二氧化碳（脱硫/脱碳）以及氢气纯化。讨论了聚合物膜、无机膜和复合膜在不同压力和温度下的气体渗透性能对比。重点介绍了膜反应器技术，阐述了如何将化学反应与膜分离耦合，实现平衡限制反应的转化率提升和产物的高效分离。 第九章：生物分离与生命科学中的膜过程 探讨了膜技术在生物制药和生物工程中的不可替代性。包括：利用超滤和纳滤进行蛋白质浓缩、脱盐和缓冲液置换；利用离子交换膜（如在电渗析中）进行氨基酸或核酸的分离提纯；以及在细胞分离和血液净化中对膜生物相容性的要求与改进。 第十章：膜过程的工程设计与经济性评估 本章面向工业化实施。涵盖了膜组件的选择（管式、中空纤维式、板框式）与排列方式（串联、并联）。详细介绍了膜系统设计中的关键参数计算，如有效膜面积需求、跨膜压力的控制、清洗（CIP）方案的制定以及防污染预处理单元的设计。最后，通过实际案例分析，对不同膜工艺的资本支出（CAPEX）和运行支出（OPEX）进行了比较，评估了膜技术在全生命周期内的经济可行性。 结论与展望 本书总结了当前膜分离技术面临的挑战，如膜的长期稳定性、溶剂兼容性以及大规模工业应用中的能耗优化。展望了未来研究方向，包括渗透蒸发、正渗透（FO）等新型低能耗分离技术的发展前景，以及人工智能在膜材料筛选和过程优化中的应用潜力。
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