综合膜科学与工程(第4册)-膜应用

第1章 膜结晶工艺和过程强化

1.1 概述

1.2 RO-MaC

1.3 MD-MaC

1.4 结垢和稳定性

1.5 本章小结

本章参考文献

第2章 可持续性工艺综合-集约化：膜基单元操作的作用

2.1 概述

2.2 工艺综合-集约化框架

2.3 工艺综合-集约化框架工作流程

2.4 应用举例

2.5 本章小结

本章参考文献

第3章 膜生物污染：海水反渗透脱盐中生物污染的评估与治理策略

3.1 概述

3.2 有机和胶体污染预处理

3.3 生物污染治理策略

3.4 污染监控

3.5 本章小结

本章参考文献

第4章 膜污染的高级监测和控制技术

4.1 概述

4.2 光学技术

4.3 非光学技术

4.4 本章小结

本章参考文献

第5章 膜生物反应器在水处理中的应用

5.1 膜生物反应器的基本原理

5.2 膜生物反应器的设计与运行

5.3 膜生物反应器的性能

5.4 膜污染的原因及控制

5.5 膜生物反应器模型

5.6 膜生物反应器的进一步挑战

本章参考文献

第6章 海水和咸水淡化膜系统

6.1 目前和预计的世界用水需求

6.2 膜水淡化技术

6.3 从海水中分离盐的经济和能源效益

6.4 本章小结

本章参考文献

第7章 很优选的膜分析和“百万吨水系”项目开发的节能型膜——低压海水反渗透膜

7.1 概述

7.2 研究进展

7.3 对于优选膜技术很优性能的持续研究

7.4 百万吨级水系统

本章参考文献

第8章 新型膜蒸馏集成系统

8.1 概述

8.2 MD集成系统

8.3 本章小结

本章参考文献

第9章 炼油和石化领域膜技术的研究进展

9.1 概述

9.2 石油化工领域的膜气分离

9.3 PV过程

9.4 有机溶剂的纳滤

9.5 膜接触器

9.6 膜蒸馏

9.7 压力驱动和集成膜工艺

9.8 基于二维材料的气液分离膜

9.9 本章小结

本章参考文献

第10章 膜工艺在农业食品和生物技术产业中的基本应用

10.1 概述

10.2 农业食品和生物技术产业中的膜工艺

10.3 膜工艺在农业食品产业中的应用

10.4 膜工艺在生物技术产业中的应用

10.5 展望

本章参考文献

第11章 肾脏替代治疗中膜的研究进展

11.1 概述

11.2 肾脏替代疗法

11.3 透析膜

11.4 透析治疗的操作方式

11.5 尿毒症毒素及其清除机制

11.6 不同处理方式下蛋白的清除

11.7 透析膜的生物相容性

11.8 用于透析液和输液制剂的超滤膜

11.9 大规模生产合成透析中空纤维膜

11.10 HCO透析膜

11.11 HCO膜用于脓毒症诱导的ARF治疗

11.12 MCO膜：新一代HD膜

11.13 生物人工肾膜

11.14 可穿戴或可植入的生物人工肾脏

11.15 干细胞治疗肾脏疾病的膜

本章参考文献

第12章 膜技术在肝脏和神经组织工程中的应用

12.1 概述

12.2 肝脏组织工程膜系统

12.3 神经组织再生膜

12.4 本章小结

本章参考文献

第13章 微孔膜在哺乳动物细胞培养中的应用和操作

13.1 背景

13.2 商用膜

13.3 细胞响应

13.4 细胞培养中使用膜

13.5 组织工程多孔膜

13.6 多孔膜的微加工

13.7 本章小结

本章参考文献

第14章 报废膜的挑战和机遇、

14.1 概述

14.2 当前报废膜的挑战

14.3 报废膜的主要处理方法

14.4 更好的管理路线图

14.5 与膜直接回收和再利用相关的潜在市场

14.6 未来研究方向

本章参考文献

附录 部分彩图

第1章膜结晶工艺和过程强化

1.1概述

结晶是化工和制药工业中最古老、应用最广泛的分离纯化工艺之一。但在现有设计方法中，以有限数量的工业结晶器类型作为设计的起点，限制了工业结晶工艺的进一步发展。其中一些基本案例，例如缺少灵活性、非线性行为，以及产品质量变化等都未得到充分解决。另外，大多数结晶工艺仍是分步实现的，与一体化过程相比，其成本、机器占地、质量控制和安全性都较差。

蒸发结晶工艺中存在许多局限性。其中有效蒸发的表面积限制着过饱和速率的大小。为了避免液滴进人冷凝器，蒸发速率不可过大。再者，由于混合的局限性，会出现显著的过饱和梯度，呈现出不具有实质性的过饱和区域，从而降低结晶器的效率。此外，沸腾区过饱和度较高，对结晶器的动态行为将产生显著的影响。同时，由于低温蒸发结晶的投资成本往往过高，故而不采取此法生产热稳定性不佳的化合物。

除了上述设计及操作方面的限制，由于必须提供汽化潜热，蒸发结晶器将消耗巨大的能量(尤其对于稀释体系）。

在结晶工艺中，冷却结晶工艺是最为方便和常用的方法。然而，冷却结晶器也存在一定的缺陷，其冷却表面常常会发生结晶和结垢，因而结晶出来的化合物的溶解度低而过饱和度高。另外，冷却结晶工艺的结晶产量也较为有限。

过程强化的理念要求一种新的设计策略，以便在制造和加工中呈现明显的优势，膜技术的出现为改善上述蒸发和冷却结晶工艺中的缺陷提供了可能。自20世纪80年代，人们便开始研究利用膜技术辅助草酸钙的结晶或沉淀过程，主要研究具有极低可溶性生物分子晶体的非均相成核。之后人们认识到，如果使用反渗透（RO）或者膜蒸馏（MD），膜辅助的结晶（MaC)工艺也可应用于可溶性化合物。在过去的一段时间内，MaC工艺引起了很多关注，研究者们发表了大量优秀的综述论文，对MaC工艺及其设计等不同方面进行了概述，揭示了将膜分离技术和结晶工艺结合成一种混合工艺的潜力。Droli及其同事以时间为脉络，对不同Mac工艺的发展历程做了概述。

近年来，以零排放脱盐为目标的水处理技术的应用已经引起了人们的广泛关注。但研究证明，在工业结晶工艺中，使用膜接触器辅助结晶过程有以下优点：①结晶器的高回收率性能仅受系统杂质的限制；②灵活性、可持续性和可控性等优势突出。上述改进与过程强化原则是一致的，可以应用于能量、协同和时间域。

……