离子交换膜基本原理及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:田中良修

出品人:

页数:379

译者:

出版时间:2010-6

价格:78.00元

装帧:

isbn号码:9787122075819

丛书系列:

图书标签:

• 离子交换膜
• 膜分离技术
• 离子交换
• 水处理
• 电化学
• 材料科学
• 环境工程
• 化工工程
• 分离技术
• 膜技术

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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这本书的排版和图表质量，是值得点赞的细节。在这个信息爆炸的时代，信息的有效传递往往取决于视觉呈现的方式。很明显，编者在制图上投入了大量的精力。那些关于膜电位和电解质扩散的模型图，线条清晰，配色合理，关键的变量和作用力都用箭头和符号标注得一清二楚，即便是复杂的Nernst-Planck方程推导过程，配合着对应的物理图像，也变得更容易消化。我特别留意了其中关于“浓差极化”现象的剖析，以往我只能在一些模糊的示意图上勉强理解，但在这本书里，通过梯度分布图和膜两侧溶液的流体力学示意图相结合，浓差极化的形成过程、对分离效率的影响，以及如何通过优化流道设计来缓解，被描绘得淋漓尽致，让人茅塞顿开。这种对视觉辅助工具的重视，极大地提升了阅读效率，也充分体现了作者对读者学习体验的深切关怀，绝非草草了事的一本教材。

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如果让我以一个资深工程师的角度来评价，这本书的价值更在于其前瞻性和对新兴领域的覆盖。它不仅仅是对现有技术的总结，更是在展望未来的发展方向。例如，关于燃料电池和电解水制氢所用的质子交换膜（PEM）的最新进展，书中详细介绍了全氟磺酸树脂（Nafion类）的局限性以及新型非氟化膜的研究动态，包括对热稳定性、机械稳定性和质子传导率的平衡性探索，这部分内容非常及时和尖端。此外，书中还专门辟出章节讨论了离子交换膜在气体分离（如CO2捕获）以及生物传感器中的潜在应用，这些都是当前科研热点。它并没有停留在理论层面，而是用大量的具体实例和正在进行中的研究项目数据来支撑观点，这使得书中的内容充满了活力和生命力，让人感受到这个领域正在以前所未有的速度发展。对于希望站在技术前沿的同行来说，这本书无疑是一张非常精确的导航图。

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我必须要强调的是，本书在深度和广度上的平衡把握得极为精妙。很多专业书籍，要么过于理论化，堆砌了大量只有专家才能理解的数学模型和物理图像，让人望而却步；要么就过于注重应用案例，对背后的机理挖掘不够深入。但《离子交换膜基本原理及应用》似乎找到了一个完美的“黄金分割点”。在原理部分，它细致地讲解了膜的制备工艺对电导率、渗透压和机械强度的影响，甚至连不同交联剂的使用差异都进行了对比分析，这对于做实验的研发人员来说，简直是宝贵的参考资料。但更让我惊喜的是，它并没有止步于此。后续的章节，开始探讨膜污染（Fouling）的机理，这是所有实际应用中都绕不开的“老大难”问题。作者不仅列举了常见的有机物、无机物污染类型，还提出了针对性的清洗策略和预处理方案，这部分内容极具实战价值，几乎可以作为一份标准的操作指南来使用。整个阅读体验，就像是有一位经验极其丰富、知识体系极其完备的导师，在你的身旁，耐心地为你解开每一个技术谜团。

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总的来说，这本书的结构设计体现了一种高度的逻辑性和迭代性。它构建了一个从“为什么用”到“怎么做”再到“未来怎么改进”的完整知识闭环。它的语言风格在保证专业准确性的同时，保持了必要的流畅性，没有使用过多晦涩难懂的行话。我欣赏它在每一章节末尾设置的“总结与思考”部分，这些小结往往会提出一些开放性的问题，促使读者在合上书本之后，能够主动将所学知识与现实中的工程难题进行对接和反思。这不再是一本仅仅用来应付考试的书，它更像是一份伴随研究者职业生涯成长的工具书。对于任何从事电化学、分离工程、材料科学，或者对清洁能源技术感兴趣的人来说，这本书都是一个不可多得的优秀读物，其内容的深度和广度，远超一般入门教材的水准，是值得反复研读的宝藏。

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这本书的封面设计得很有现代感，简洁的蓝白配色，中间的图标仿佛在诉说着无形的物质交换与分离过程，让人在翻开扉页之前就能感受到一种严谨的科学氛围。我本来是抱着试试看的心态来阅读的，毕竟“离子交换膜”这个主题听起来就有些枯燥和高深莫测。然而，引人入胜的开篇成功地抓住了我的注意力。作者没有直接跳入复杂的化学方程式，而是从宏观的应用场景——比如我们日常饮用水净化，到工业废水处理中的关键技术瓶颈——娓娓道来，让我立刻明白这项技术的重要性绝非书本上的理论公式那么简单。特别是第一章对膜材料结构与性能关系的阐述，简直是化繁为简的典范。它用清晰的比喻，将高分子聚合物的微观孔隙结构与宏观的离子选择性渗透能力联系起来，使得一个初学者也能迅速建立起对“选择性传输”机制的直观理解。书中穿插的一些历史发展脉络和著名科学家的探索历程，也让阅读过程充满了人文色彩，不再是纯粹的冷冰冰的技术手册。读完前几章，我感觉自己已经掌握了理解后续复杂内容的基础框架，对未来学习的信心也大大增强了。

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