Basic Principles of Membrane Technology

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出版者:Springer
作者:J. Mulder
出品人:
页数:578
译者:
出版时间:1996-09-30
价格:USD 119.00
装帧:Paperback
isbn号码:9780792342489
丛书系列:
图书标签:
  • membrane
  • 专业书籍类
  • 膜技术
  • 分离过程
  • 膜分离
  • 水处理
  • 化工工程
  • 环境工程
  • 材料科学
  • 传质现象
  • 工业应用
  • 生物技术
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具体描述

The field of synthetic membrane science and technology is an active, growing field involving an interdisciplinary mixture of polymer chemistry, physical chemistry, and chemical engineering. Some membrane processes are reasonably well understood, and have been commercialised for some period of time. Other membrane processes have only recently been employed in commercial applications, and still other processes are only in formative research stages. This volume gives a comprehensive compendium of the basic principles in the field of synthetic membranes. The following topics are covered: basic aspects of membrane processes; materials and material properties; membrane preparation and characterisation; membrane transport; concentration polarisation and fouling; process and module design. The second edition of this well-established text has been considerably expanded and updated, and many chapters now contain sections giving solved and unsolved problems. Audience: This book is recommended as a textbook for undergraduate and graduate students, as well as a comprehensive reference for engineers, scientists, and technical management.

膜科学与工程进展:超越基础原理的探索 图书简介 本书旨在为膜科学与工程领域的专业人士、高级研究生以及对前沿技术有浓厚兴趣的读者提供一份全面而深入的指南,聚焦于当前膜技术发展中超越经典“基础原理”范畴的最新突破、复杂应用挑战以及未来发展趋势。我们深入探讨了功能化膜材料的设计、复杂体系中的膜过程优化、以及膜技术在应对全球可持续发展挑战中的前沿应用。 --- 第一部分:先进功能化膜材料的理性设计与制备 本部分着眼于超越传统均相或非晶态聚合物膜的局限性,详细阐述了如何通过精确的材料设计来实现对膜分离性能的精细调控。 第一章:基于分子工程的超高性能分离膜 本章不再满足于讨论孔径分布或选择性系数的简单描述,而是深入探讨了如何利用分子尺度的设计策略来构建具有特定功能的膜材料。 纳米孔隙工程与界面控制: 详述了共价有机框架(COFs)、金属有机框架(MOFs)和共价三维(Covalent Organic Frameworks, 3D-COFs)材料在膜分离中的应用。重点讨论了如何通过调控晶体生长取向和晶界面性质,实现对特定离子或小分子溶质的“尺寸排阻+化学选择性”双重控制。阐述了溶剂化层厚度与膜表面水合层动力学对膜通量和选择性的耦合影响。 仿生膜与通道蛋白模拟: 聚焦于模仿生物系统的高效传递机制。详细分析了如何将通道蛋白(如AqpZ或M28)嵌入聚合物基质或脂质双层中,以实现极高纯度的水选择性分离(如高盐度海水淡化)。讨论了固定化过程中活性位点的去活化机制及其缓解策略,包括动态支撑结构的引入。 反应性与刺激响应性膜(Smart Membranes): 介绍了具有环境响应性的聚合物网络,例如pH值、温度或光照敏感的智能材料。重点阐述了这些膜如何通过可逆的构象变化,实现对分离过程的动态调控,例如用于目标污染物(如重金属离子或特定药物分子)的“捕获-释放”循环。 第二章:膜复合结构与界面复合技术 本章侧重于如何通过多层结构或功能性填充物来提升膜的综合性能,特别是在高通量需求下的稳定性。 先进薄层复合膜(TFC)的构筑: 深入解析了界面聚合(IP)过程中的反应动力学和微观形貌演变。探讨了如何利用超薄交联层(如聚电解质多层膜)替代传统的聚酰胺层,以降低溶质传输阻力,同时维持高截留率。讨论了在极端pH或氧化性环境下,TFC层结构的老化与失效机理。 纳米填料的定向分散与界面兼容性: 详细讨论了石墨烯氧化物(GO)、碳纳米管(CNTs)以及二维纳米片(如MXenes)等填料的表面化学修饰方法,以确保其在聚合物基体中实现均匀分散,并增强填料与聚合物间的界面粘附力。重点分析了填料-聚合物界面形成的“缺陷通道”如何影响膜的选择性,以及如何通过表面接枝技术来消除这些通道。 --- 第二部分:复杂体系中的膜过程优化与强化 本部分将讨论膜技术在面对实际复杂介质(高浓度、粘稠、生物污损)时所展现出的工程挑战及创新的过程强化策略。 第三章:高污染负荷下的膜污染控制与清洗动力学 膜污染是限制膜过程长期稳定运行的关键瓶颈。本章侧重于机制分析与实时干预策略。 多尺度污染机制的解析: 区分了不可逆污垢(如共价键合或深度渗透)与可逆污垢(如凝胶层形成)。利用原子力显微镜(AFM)、表面等离子体共振(SPR)等技术对膜表面污染物的吸附/沉积动力学进行实时监测。对生物污损(Biofouling)中EPS(胞外聚合物)的形成、结构和黏弹性对水力阻力的贡献进行量化分析。 原位抗污策略: 探讨了将抗污功能集成到膜材料本身的设计。这包括引入亲水性或抗氧化性涂层、构建自清洁(Photocatalytic)膜(如TiO2/g-C3N4复合膜)以及利用低表面能材料来抑制污染物沉积。讨论了电场辅助沉积和超声波辅助清洗在减少化学清洗频率方面的工程可行性。 第四章:膜接触器与集成系统设计 本章超越了传统的压力驱动过滤,探索了膜在相变分离和反应分离中的集成应用。 膜接触器(Membrane Contactor)的传质强化: 详细分析了疏水性中空纤维膜接触器在气体分离(如脱氧、脱氨)和吸收/萃取过程中的设计参数。讨论了液泛(Flooding)和通道化(Channeling)现象的流体力学模型,以及如何通过优化纤维束的排列和流体动力学来最大化传质系数。 膜反应器(Membrane Reactors)的耦合效应: 聚焦于催化膜反应器(Catalytic Membrane Reactors),特别是用于选择性氧化或氢化反应。阐述了如何平衡反应动力学、产物分离速率和膜的选择性,以实现反应-分离一体化,克服热力学限制,提高转化率。 --- 第三部分:前沿应用领域与未来方向 本部分关注膜技术在解决全球重大环境和社会问题中的应用潜力,并展望了下一代膜分离技术的蓝图。 第五章:高盐度水处理与能源回收 本章着重于处理传统反渗透(RO)难以应对的高盐、高硬度废水和工业母液。 正渗透(FO)技术及其后处理: 深入探讨了FO在处理高TDS(总溶解固体)废水中的优势,并着重分析了渗透侧驱动力(Draw Solution, DS)的选择性优化——包括新型反应型或温度敏感型DS的开发,以降低再生成本。重点讨论了正渗透膜的抗污染性能及其在零液体排放(ZLD)系统中的定位。 溶剂纳滤(SLN)与盐溶液的纯化: 介绍了SLN在从复杂盐混合物中选择性分离有机溶剂或特定金属盐方面的应用。详细分析了特定聚合物(如聚偏砜或聚酰亚胺)在有机溶剂中的溶胀行为如何影响分子分离的机制。 第六章:膜技术与生物技术的深度融合 本章探讨了膜在生物制药、细胞分离和生物燃料生产中的高端应用。 生物制药中的精密分离: 讨论了超滤(UF)和微滤(MF)在抗体纯化、病毒灭活和疫苗生产中的精确控制。重点分析了切向流(TFF)操作中,剪切力、膜污染与蛋白质结构变化之间的复杂关系,以最大化目标产物的收率和活性。 电化学驱动的分离技术: 展望了电容去离子(CDI)和电渗析(ED)的升级版本,如高容量电容去离子(HCDI)和压力辅助电渗析(P-ED)。探讨了如何通过设计高比表面积、高电荷密度电极材料,实现对特定多价离子的选择性去除,尤其是在稀有金属资源回收和废水资源化中的前景。 本书通过对这些高阶主题的详尽阐述,旨在引导读者从“理解膜如何工作”迈向“设计和控制膜过程以解决复杂工程难题”的更高层次。

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读后感

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用户评价

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这本书的行文风格简直像一位极其严谨的德国教授在主持一场研讨会,充满了不容置疑的权威性和一丝不苟的细节把控。我翻阅了其中关于超滤和纳滤分离机制的章节,它对膜污染(Fouling)现象的分类和机理探讨达到了令人咋舌的细致程度。作者似乎对每一个可能导致通量下降的微小因素都不放过,从颗粒物的三维布雷氏运动到溶液中胶体颗粒的电泳迁移,都被纳入了严密的数学框架进行分析。然而,这种深入的挖掘也带来了一个副作用:信息密度过高,语言显得异常凝练和书面化。我经常需要放慢速度,甚至需要对着图表反复揣摩作者的意图。它几乎没有使用任何“口语化”的表达或类比来简化概念,一切都建立在既有的专业术语体系之上。对于我这种已经有一定背景知识的读者来说,这无疑是提升专业深度的良机;但如果一个完全的新手捧起这本书,我担心他们会被这种高强度的信息轰炸直接劝退。它更像是一本供资深研究人员回顾经典理论的“案头书”,而非一本面向大众的入门教材,阅读过程更像是进行一次精密的外科手术,每一步操作都需要精确无误。

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这本书给我的整体感受是极其“古典”和“学术化”的,它似乎秉持着一种“科学的纯粹性优先于工程的便捷性”的理念。我发现作者对热力学和动力学基础的强调达到了近乎偏执的程度,似乎每一个膜分离过程的效率都必须首先通过能量最小化和平衡态分析来论证其合理性。书中详尽地推导了膜的选取性、渗透率与驱动力之间的非线性关系,其数学推导过程之繁复,甚至让我怀疑是否有必要将所有已知的基础模型都纳入其中。这种对基础的深度挖掘,无疑为理解膜过程的本质提供了坚实的基础,但它也无形中抬高了普通读者进入这一领域的门槛。我更倾向于将这本书视为一本“膜科学的百科全书式参考”,而非一本适合系统学习的教材。在需要快速检索某个特定方程或某个经典模型的理论来源时,它表现出色;但在需要快速建立一个简化模型用于初步工程设计时,读者可能需要花费额外的时间去“剥离”掉那些过于精细的理论细节,才能提炼出可用的近似公式。

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坦白说,这本书的章节组织逻辑非常清晰,遵循了从宏观到微观、从基本概念到复杂耦合作用的经典学术写作路径。我对它在膜制备技术那部分的论述印象深刻,它将相转化诱导相分离(TIPH)和电纺技术等主流方法进行了详尽的对比分析,重点突出了不同制备路径对最终膜结构(如有效分离层厚度和支撑层孔隙结构)的决定性影响。然而,在涉及实际操作和设备选型时,这本书就显得有些力不从心了。它详细描述了“应该”如何控制溶剂挥发速率以获得理想的孔径分布,却很少提及在工业规模下,如何应对温度波动、气流扰动等实际生产中的不可控因素。换言之,这本书成功地描绘了理想状态下的“分子工厂蓝图”,但对于如何在地基不稳的“现实施工现场”建造它,指导性信息相对稀疏。对于那些在实验室阶段成功制膜,却在放大生产中遭遇瓶颈的工程师们而言,这本书提供的理论支持很强,但“临场急救”的实用技巧则相对匮乏。

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初次拿到这本书时,我对其排版和插图的质量感到非常满意,印刷清晰,图表布局合理,这对于需要大量观察图形来理解复杂传质过程的书籍来说至关重要。特别是在描述膜两侧的浓度极化现象时,书中提供的剖面图和速度矢量图,生动地展示了边界层是如何形成的,这比纯粹的文字描述要有效得多。然而,随着阅读的深入,我发现书中对特定应用领域的覆盖略显不足,或者说,更新的步伐稍微滞后于技术前沿的发展。例如,在谈及石墨烯膜或金属有机框架(MOF)膜等新型材料的制备与性能预测时,内容显得比较保守和概述性,缺乏对最新突破性的性能数据和制备工艺参数的详细介绍。这使得这本书在夯实传统膜分离(如反渗透、气体分离)的理论根基方面表现卓越,但在探索新兴、高潜力膜技术方面,给读者的感觉更像是在回顾历史,而不是展望未来。我希望能在这些前沿领域看到更多基于最新文献的、具有前瞻性的讨论,以满足我们对技术迭代速度的期待。

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这本关于薄膜技术基础原理的著作,我得说,读起来像是在攀登一座知识的雪山,每一步都充满了挑战,但每登高一寸,视野就开阔一分。它并没有给我那种“一目了然,醍醐灌顶”的轻松感,相反,它更像是一份严谨的工程手册,要求读者投入大量的精力去咀嚼那些复杂的流体力学和分离科学的数学模型。我尤其对其中关于渗透压驱动过程的章节印象深刻,作者似乎极其热衷于用微分方程来描述宏观现象,对于初学者而言,这无疑是一堵高墙。我花了相当多的时间在试图理解那些张量分析和边界条件设定上,感觉自己像是在解一个高阶的偏微分方程,而不是在学习一项技术应用。书中对不同膜材料的晶体结构和孔隙率分布的讨论非常深入,几乎涉及到了材料科学的深层次内容,这使得这本书的深度远超出一本“基础原理”教材应有的广度。坦白说,我期望能看到更多实际案例和工艺流程的图解,来帮助我更好地连接理论与实践,但这本书似乎更偏向于理论的基石构建,对于那些渴望快速上手操作的人来说,可能需要借助其他更偏应用的书籍来作为补充。它的价值在于打下坚实的理论基础,但学习曲线陡峭到让人需要反复查阅其他参考资料来辅助理解那些晦涩的数学表达。

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这么是经典啊

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Membrane Technology

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英文表意确实更精准,对照着看了

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Membrane Technology

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这么是经典啊

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