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精密分离技术：膜分离与色谱分析在环境工程中的应用 图书简介 本书聚焦于现代环境工程领域中至关重要的两大核心技术：膜分离技术与色谱分析技术。在当前全球环境问题日益严峻、对水质和空气质量要求不断提高的背景下，对复杂体系中痕量污染物进行高效、精准的分离、富集与检测已成为环境科学与工程领域亟待解决的关键挑战。本书旨在系统梳理和深入探讨这两项技术的基础理论、先进工艺及其在实际环境治理工程中的创新应用。 第一部分：膜分离技术——水处理与资源回收的前沿阵地 膜分离技术以其高选择性、低能耗和过程无相变等显著优势，正逐步取代传统的分离方法，成为饮用水深度净化、工业废水回用、海水淡化以及新兴污染物控制的核心手段。本书的膜分离部分将从基础物理化学原理出发，深入剖析各类膜材料的构筑、性能表征及其在不同分离任务中的作用机理。 第一章：膜分离技术基础与分类 本章首先界定膜分离的本质，阐述跨膜驱动力（如压力梯度、电势梯度、浓度梯度）对分离过程的控制作用。随后，详细介绍基于孔径大小和作用机理划分的四大类膜技术： 微滤（MF）与超滤（UF）： 重点讨论聚合物膜和陶瓷膜的孔隙结构对悬浮物、胶体颗粒及大分子有机物的截留机制。分析了膜污染（Fouling）的机理及其对抗污染预处理技术的迫切需求。 纳滤（NF）： 深入探讨NF膜在多价离子与单价离子分离中的“Donnan排斥”和“分子筛效应”。结合其在硬水软化、特定盐类回收以及医药中间体纯化中的应用案例。 反渗透（RO）： 详细解析RO膜对水分子和溶解盐的渗透模型，探讨高压操作下的膜材料稳定性。特别关注其在海水淡化（SWRO）和高难度工业废水零液体排放（ZLD）系统中的工程实践。 第二章：新型膜材料与膜反应器 随着材料科学的发展，功能化膜材料的应用极大地拓展了膜分离的应用范围。本章将重点介绍： 复合膜与选择性膜： 包括聚酰胺薄膜复合膜的制备技术、嵌段共聚物膜的自组装行为，以及具有特定官能团（如亲水性或疏水性基团）修饰的膜材料如何实现对特定污染物（如重金属离子、新兴有机污染物）的强化分离。 膜生物反应器（MBR）： 详细分析MBR技术中膜组件（通常为UF/MF膜）与活性污泥协同作用的优势与挑战。讨论膜污染的动态变化、在线清洗技术（如反冲洗、气擦洗）的优化策略，以及MBR在城镇污水深度处理和中水回用中的推广应用。 第三章：膜过程的集成与优化 现代水处理系统往往采用膜与其他单元操作的组合（如膜与絮凝、膜与吸附、膜与电化学）。本章着重探讨： 膜过程的能效分析： 阐述如何通过优化操作参数（跨膜压差、错流速度）和膜元件布置，实现能耗的最小化。 新兴污染物（CECs）的膜去除： 针对抗生素、内分泌干扰物、微塑料等难降解物质，分析NF/RO膜的选择性去除效率，以及结合臭氧氧化等预处理手段的协同效应。 --- 第二部分：色谱分析技术——环境监测的黄金标准 色谱分析技术凭借其高灵敏度、高分离效能和精确的定量能力，已成为环境样品中复杂组分分离与痕量检测的基石。本书的色谱部分将侧重于环境样品的前处理、多维色谱技术的应用以及对新型检测器的深度解读。 第四章：环境样品前处理与分离基础 环境样品的复杂性要求高效的前处理技术以去除基体干扰、浓缩目标分析物。本章详述： 萃取技术： 固相萃取（SPE）的吸附/洗脱机制，液-液萃取（LLE）的效率优化，以及微萃取技术如顶空吹扫、搅拌液相微萃取（DLLME）在挥发性和半挥发性有机物分析中的应用。 色谱分离原理： 深入讲解液相色谱（LC）和气相色谱（GC）的核心分离机制，包括分配、吸附、离子交换和尺寸排阻等。 第五章：高效液相色谱（HPLC）与质谱联用（LC-MS） HPLC及其与质谱联用技术是分析水体和土壤中有机污染物的核心工具。 反相与正相色谱的应用： 分析反相C18柱在极性差异较大的有机酸、酚类化合物分析中的普适性。探讨离子对试剂在分离带电或易电离化合物中的作用。 LC-MS/MS 在痕量分析中的突破： 重点讲解串联质谱（MS/MS）的选择反应监测（SRM）模式，如何实现对农药残留、药物代谢物等超痕量物质的定性和定量分析，并讨论基质效应的校正方法。 第六章：气相色谱（GC）与环境气体分析 GC技术因其对挥发性有机物（VOCs）和半挥发性有机物（SVOCs）的卓越分离能力而不可替代。 进样技术与柱温编程： 探讨热解吸附（TD）和吹扫捕集（PC）技术在环境空气监测中的应用。分析不同内径毛细管柱（宽口径、窄口径）对分离效率和死体积控制的影响。 GC-ECD 与 GC-FID/MS： 详细解析电子捕获检测器（ECD）对含卤素化合物的高灵敏度原理，以及火焰光度检测器（FID）在烃类物质普适性分析中的优势。GC-MS 在识别环境污染物结构上的关键作用。 第七章：离子色谱（IC）与水质无机分析 离子色谱是水体中阴、阳离子以及低分子量有机酸分析的基准方法。本章关注： 淋洗液与抑制器技术： 探讨不同电导池和抑制技术（电化学抑制、膜抑制）如何提高对微量无机离子（如硝酸盐、硫酸盐、铵根）的检测灵敏度。 IC在酸雨和饮用水监测中的标准应用。 --- 第三部分：环境工程案例集成与展望 本书最后部分将理论与实践相结合，展示膜分离和色谱分析技术如何协同作用于复杂的环境工程项目。 第八章：污染场地修复中的分离与检测 结合实际污染场地（如化工园区、加油站）的案例，阐述如何利用土壤气相萃取结合GC-MS对VOCs进行快速筛查，并利用NF/RO膜系统处理高盐度、高有机负荷的场地地下水，实现水质回用和污染物浓缩。 第九章：环境监测的自动化与质量保证 强调分析结果的可靠性。介绍在线监测系统（如在线色谱系统）的设计原理，以及高效液相色谱和离子色谱在实验室资质认证（如ISO/IEC 17025）背景下的方法验证、方法比对和质量控制流程。 总结 本书内容紧密围绕当前环境科学与工程中最前沿、最具实用价值的两种分离与分析技术。通过深入浅出的理论阐述、详实的工程案例和对最新仪器联用技术的介绍，为从事环境监测、水资源管理、污染治理的工程师、科研人员以及相关专业高年级学生提供了一部兼具理论深度和操作指导价值的参考手册。掌握这些技术，是实现环境可持续发展目标的关键能力支撑。
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