综合膜科学与工程

由意大利国家研究委员会膜技术研究所(Institute on Membrane Technology of the National Research CouncilofItaly，ITM-CNR)的科学家EnricoDrioli、Lidietta Giorno、Enrica Fontananova撰写的《综合膜科学与工程(第2版)》共分为4册,分别为:第1册,膜科学与技术;第2册,先进分子分离中的膜操作;第3册,化学/能量转换膜和膜接触器;第4册,膜应用。

本册共17章,包括:从生物膜到人工合成膜系统;膜结构与传输特性的建模与仿真;膜内气体输运的基本原理;聚合物膜制备的基本原理;膜制备有机材料的研究现状及展望;用于压力驱动进程的先进聚合物及有机-无机膜;聚偏氟乙烯中空纤维膜;热重组聚合物膜:材料与应用;固有微孔聚合物薄膜(PIMs);等离子体膜;陶瓷膜;微结构陶瓷中空纤维膜及其应用;气体分离碳膜的制备;石墨烯膜;溶剂对热诱导相分离(TIPS)膜制备的影响(热力学和动力学的角度);用静电纺丝制造膜的策略与应用;高分子膜的物理化学表征。

本书可作为膜科学与技术领域的本科生或研究生的教材,也可供相关领域研究者参考。

第1章 从生物膜到人工合成膜系统

1.1 引言

1.2 生物膜

1.3 植物防御机制体内的系统划分实例

1.4 模拟体内系统的体外生物杂化膜

1.5 仿生超疏水性能

1.6 结论与展望

本章参考文献

第2章 膜结构与传输特性的建模与仿真

2.1 引言

2.2 膜内转运机制

2.3 建模方法

2.4 总结

本章参考文献

第3章 膜内气体输运的基本原理

3.1 溶液扩散机理

3.2 温度和压力的影响

3.3 气体性质的影响

3.4 聚合物性能的影响

3.5 聚合物化学结构的影响

本章参考文献

第4章 聚合物膜制备的基本原理

4.1 人工合成膜的材料和结构

4.2 多孔膜的制备

4.3 不对称膜的制备

4.4 反相膜制备工艺的合理化

4.5 复合膜的制备

4.6 固体均匀膜的制备

4.7 液体膜的制备

4.8 离子交换膜的制备

4.9 颗粒膜的制备

4.10 膜制备中的绿色溶剂

4.11 新兴膜工艺所需的膜性能

本章参考文献

第5章 膜制备有机材料的研究现状及展望

5.1 引言

5.2 膜分离和屏障结构

5.3 膜用有机材料

5.4 膜制备方法

5.5 所选膜工艺的最新进展

5.6 前景

5.7 结论

本章参考文献

第6章 用于压力驱动进程的先进聚合物及有机一无机膜

6.1 用于压力驱动进程的膜

6.2 新一代有机膜材料

6.3 总结与评论

本章参考文献

第7章 聚偏氟乙烯中空纤维膜

7.1 引言

7.2 改性和应用

本章参考文献

第8章 热重组聚合物膜：材料与应用

8.1 引言

8.2 TR聚合物基本信息

8.3 TR聚合物的表征技术

8.4 TR聚合物的应用

8.5 大规模制备时应注意的事项

8.6 结论与展望

本章参考文献

第9章 固有微孔聚合物薄膜(PIMs)

9.1 引言

9.2 PIMs

9.3 气体分离

9.4 纳米过滤

9.5 渗透汽化

9.6 其他应用

9.7 结论

本章参考文献

第10章 等离子体膜

lO.1 引言

10.2 等离子体工艺及相关材料的基本知识

10.3 气液分离用等离子体膜

10.4 能量生产装置用等离子体膜

10.5 结论

本章参考文献

第11章 陶瓷膜

11.1 引言

11.2 陶瓷膜的制备方法

11.3 陶瓷膜性能的影响因素

11.4 陶瓷膜的应用与案例研究

11.5 结语

本章参考文献

第12章 微结构陶瓷中空纤维膜及其应用

12.1 引言

12.2 微结构陶瓷中空纤维

12.3 陶瓷中空纤维制备工艺概述

12.4 陶瓷中空纤维特性

12.5 机械稳定性

12.6 结论

本章参考文献

第13章 气体分离碳膜的制备

13.1 引言

13.2 碳膜的制备与表征

13.3 自支撑碳膜的制备

13.4 支撑碳膜的制备

13.5 膜组件的制备

13.6 气体通过碳膜输送和分离

13.7 碳膜研究的结论与展望

本章参考文献

第14章 石墨烯膜

14.1 石墨烯

14.2 氧化石墨烯

14.3 气体分离

14.4 液体分离

14.5 其他膜的应用

14.6 膜用其他二维材料

14.7 结论与展望

本章参考文献

第15章 溶剂对热诱导相分离(TIPS)膜制备的影响(热力学和动力学的角度)

15.1 引言

15.2 热诱导相分离(TIPS)

15.3 聚合物的标准

15.4 结论与展望

本章参考文献

第16章 用静电纺丝制造膜的策略与应用

16.1 引言

16.2 静电纺丝制膜

16.3 静电纺丝制膜的策略与方法

16.4 静电纺丝纳米纤维膜的应用

16.5 过程和工业梯度

16.6 结论与展望

本章参考文献

第17章 高分子膜的物理化学表征

17.1 引言

17.2 多孔和非多孔材料的表征

17.3 膜对流体的亲和力

17.4 结论

本章参考文献

附录部分彩图

1.1引言

生物膜有别于合成膜的特征在于：生物膜具有识别特性，能够调节具有不同理化性质的原子和分子的通道，在信号和信息传递方面以及接受外部物理、化学和生化刺激时，具有自我调节、自我愈合和自我清洁的响应，同时生物膜具有极高的选择性、精确性和有效性。

生物膜能够识别细胞生存所需的组分，从而促进物质信息和能量的交换，也能识别有害成分并阻止它们进入细胞甚至捕获和消除它们。生物膜能动态地执行这些动作，因此其具有适应新事件的能力。

但是，生物膜的生产率和机械稳定性不足以维持工业生产的需要。然而，人工合成膜可以保证可持续的生产率和机械稳定性。与大多数生物膜不同，人工合成膜非常稳定，可承受很大的压力、机械应力以及很高的温度和恶劣的物理化学条件。人工合成膜面临的挑战是实现类似于生物膜的选择性、识别和响应特性的同时，保持高的机械稳定性和生产率。

生物膜的独特特性是通过许多不同的功能单元、结构、架构、系统、机制和过程在多尺度水平上的分级组合来实现的。例如，如果将生物膜净水系统和人工合成膜净水系统进行比较，从宏观层面上看来，二者在过程集成和强化策略方面可以找到相似之处，但生物膜系统的复杂性更令人惊叹。

紧凑、集成和强化的生物过滤系统（如肾脏）由多种不同类型的元件、膜、结构、配置组合而成，通过逆流多组分系统来实现血液过滤。一般来说，毛细管是以使梯度浓度的质量传输最大化的路径来实现运输的。例如，肾脏每天产生180L滤液，同时重新吸收的

比例很大，允许产生大约1.5L的尿液（即不到液体排放量的2%）。

肾单位是肾脏的单位系统（图1、1（b）)，待净化的血液进入肾小球网络，分配在肾小球囊（鲍曼囊）内，从而被过滤。图1.l（c）所示为肾小球膜结构的示意图，它是一种由三个不同层组成的毛细管不对称纳米复合膜(图1.l（d)），并且每个层具有不同的孔径。

面向管腔侧的层由内皮细胞构成，形成直径约70nm的窗孔形状的孔；中间层即“肾小球基底膜”，具有更致密的结构，孔直径约25nm，并带负电；外层由相互连接的足细胞组成，形成约10nm的过滤狭缝孔。总而言之，肾小球膜是一种不对称毛细血管超滤膜，在保留血细胞、蛋白质和带负电荷的分子的前提下，允许小分子（高达15kDa)、离子和盐在……

本书由多个领域的学者撰写，涉及化学、化工、材料科学、物理、生物和食品科学，覆盖了大量的关于膜的最新应用和先进技术，主要包括新型膜材料(热重排聚合物、固有微孔聚合物及新型疏水含氟聚合物)和加工(反电渗析、膜收缩器、膜结晶、膜冷凝器、膜干燥器和膜乳化剂)等内容。