气体膜技术

第一篇 总论1

第1章 气体膜技术及其开发近况1

1.1 国内概况2

1.1.1 有机膜系列2

1.1.2 无机膜系列5

1.2 国外概况5

1.2.1 有机膜系列5

1.2.2 无机膜系列6

参考文献7

第2章 气体分离工艺的分类与特点8

2.1 深冷分离法8

2.2 变压吸附法8

2.2.1 基本原理8

2.2.2 工艺特点8

2.3 膜分离技术9

2.3.1 基本原理9

2.3.2 工艺特点9

参考文献10

第3章 各种气体分离工艺的对比和集成11

3.1 工艺特点的对比11

3.2 集成工艺12

参考文献12

第二篇 膜过程13

第4章 气体分离膜13

4.1 压差驱动分离13

4.1.1 有机高分子膜13

4.1.2 无机膜38

4.1.3 气体分离膜材质的研究进展43

4.1.4 气体压差驱动膜分离技术的应用56

4.2 浓差驱动分离68

4.2.1 渗透蒸发68

4.2.2 蒸气渗透79

4.2.3 液膜分离80

4.2.4 保鲜膜分离87

4.2.5 膜吸收分离94

4.2.6 促进传递分离99

4.3 温差驱动分离103

4.3.1 膜蒸馏103

4.3.2 渗透蒸馏111

参考文献114

第5章 气体净化膜118

5.1 引言118

5.2 微孔滤膜118

5.2.1 微孔滤膜的主要特征118

5.2.2 微孔滤膜的性能测定120

5.2.3 微孔滤膜的形态结构125

5.2.4 微孔滤膜的截留机理126

5.2.5 微孔滤膜的主要品种126

5.2.6 微孔滤膜在使用中应注意的若干问题127

5.3 金属微孔膜127

5.3.1 概述127

5.3.2 金属微孔膜的性能128

5.4 陶瓷微孔膜128

5.4.1 引言128

5.4.2 陶瓷微孔膜用于气固分离的基本原理和模式128

5.4.3 陶瓷微孔膜的应用129

5.4.4 我国陶瓷微孔膜开发应用情况130

5.4.5 陶瓷微孔膜技术研究进展130

5.5 我国微孔滤膜的研究开发130

5.6 微孔滤膜的应用131

5.6.1 在实验室中的应用131

5.6.2 在工业上的应用132

5.6.3 在电子工业领域中的应用132

5.6.4 微孔滤膜在空气及各种气体和蒸气过滤方面的应用132

参考文献133

第6章 气体反应膜134

6.1 概述134

6.2 膜反应器的特点134

6.3 膜反应器的分类135

6.3.1 从同膜相关的特性参数出发135

6.3.2 从同催化剂相关的特性参数出发135

6.4 惰性膜反应器135

6.5 催化膜反应器136

6.5.1 无机催化膜反应器136

6.5.2 有机催化膜反应器138

6.6 膜反应器的应用142

6.6.1 钯膜反应器的应用142

6.6.2 膜生物反应器处理废气144

6.6.3 在石化能源转换中实现H2／CO2分离的技术——膜反应器145

参考文献146

第7章 气体传感膜147

7.1 概述147

7.2 膜传感器的沿革147

7.3 膜传感器的分类147

7.4 各种气体膜传感器148

7.4.1 化学传感器148

7.4.2 膜式氢浓度传感器149

7.4.3 高分子膜光纤气体传感器151

7.4.4 V2O5薄膜用作SO2气敏传感器153

7.4.5 质子交换膜SO2传感器153

7.4.6 SnO2气敏传感器154

7.4.7 声表面波气体传感器156

参考文献157

第8章 能量转换膜158

8.1 概述158

8.2 燃料电池158

8.2.1 绪论158

8.2.2 离子交换膜燃料电池158

8.2.3 质子交换膜燃料电池164

8.2.4 燃料电池用质子交换膜的开发近况168

8.2.5 微型质子交换膜燃料电池172

参考文献173

第9章 医疗用膜175

9.1 人工肺175

9.1.1 概述175

9.1.2 人工肺及其分类175

9.1.3 人工肺实现肺功能的必备条件177

9.1.4 人工肺的运作原理177

9.1.5 人工肺系统178

9.1.6 人工肺用膜178

9.1.7 人工肺的开发展望180

9.2 接触透镜（隐形眼镜或角膜接触镜)181

9.2.1 概述181

9.2.2 接触透镜的作用182

9.2.3 接触透镜应具备的条件182

9.2.4 接触透镜材料的分类183

9.2.5 对接触透镜材料的特性要求183

9.2.6 接触透镜的制法183

9.2.7 接触透镜的应用183

9.2.8 展望184

9.3 人工皮肤184

9.3.1 概述184

9.3.2 人工皮肤的品种和特性185

9.3.3 人工皮肤的分类和制法186

9.3.4 人工真皮替代物的结构模型187

9.3.5 发展前景188

9.3.6 人工皮肤的应用188

9.4 气体膜技术在医疗保健方面的应用189

9.4.1 医用富氧器189

9.4.2 富氧空调190

9.4.3 膜法富氧用于医疗保健190

参考文献191

第三篇 制膜工艺192

第10章 概述192

10.1 分离膜应具备的基本特性192

10.2 膜材质与制膜工艺兼顾192

10.3 制膜工艺的分类192

参考文献193

第11章 有机膜的制备方法194

11.1 膜材质194

11.1.1 普通高聚物膜材质194

11.1.2 高分子合金膜材质195

11.2 致密膜的制备196

11.2.1 溶液浇铸法196

11.2.2 熔融拉伸成膜法196

11.2.3 膜形成与聚合过程同时进行法196

11.3 溶剂蒸发法196

11.4 浸沉凝胶相转化法（L-S法)198

11.4.1 概述198

11.4.2 制膜工艺198

11.5 浸入沉淀相转化法制膜199

11.5.1 引言199

11.5.2 成膜机理199

11.5.3 膜结构形态200

11.6 热致相分离法制备高聚物微孔膜200

11.6.1 引言200

11.6.2 热致相分离法制膜过程200

11.6.3 热致相分离法制微孔材料201

11.6.4 热致相分离法制备微孔膜的优点201

11.6.5 热致相分离法制备微孔膜的最新进展202

11.7 复合膜的制法202

11.7.1 概述202

11.7.2 复合膜的制作202

11.8 低温等离子体制膜法204

11.8.1 概述204

11.8.2 等离子体聚合成膜条件204

11.8.3 等离子体聚合制备高分子膜的装置205

11.8.4 利用低温等离子体制备高分子膜205

11.9 烧结法制微孔滤膜206

11.9.1 原理206

11.9.2 膜材质206

11.9.3 多孔氧化铝基质膜（底膜)的制备206

11.10 LB膜的制法208

11.10.1 概述208

11.10.2 LB膜及其材料208

11.10.3 LB膜的制备技术209

11.10.4 LB膜的制备装置210

11.10.5 LB膜的物性表征及实验研究技术211

11.11 核微孔膜的制法211

11.11.1 引言211

11.11.2 核微孔滤膜的制备211

11.11.3 核微孔滤膜的特性212

11.11.4 核孔滤膜的主要性能测定213

11.11.5 光接枝改性核孔膜213

11.12 拉伸法制微孔膜215

参考文献217

第12章 无机膜的制备方法218

12.1 概述218

12.2 沸石分子筛膜的制法218

12.2.1 前言218

12.2.2 沸石分子筛膜的合成技术218

12.2.3 沸石膜合成的最新方法219

12.2.4 沸石分子筛膜的缺陷和修饰221

12.2.5 沸石膜合成中的一些注意点221

12.2.6 沸石膜的表征221

12.3 气体分离碳分子筛膜的制法222

12.3.1 引言222

12.3.2 碳膜原料222

12.3.3 聚合物膜的制作222

12.3.4 聚合物膜预处理223

12.3.5 热解／炭化处理223

12.3.6 碳膜后处理223

12.3.7 碳膜组件化224

12.3.8 高氢选择性分子筛碳膜的制备224

12.4 钯及其合金膜的制法225

12.4.1 概述225

12.4.2 钯膜的制备方法225

12.4.3 钯合金膜的制备方法226

12.5 化学气相沉积制膜法228

12.5.1 概述228

12.5.2 化学气相沉积过程228

12.5.3 化学气相沉积制膜229

12.5.4 用于制备无机分离膜229

12.6 陶瓷膜的制法230

12.6.1 引言230

12.6.2 陶瓷膜的构造形状及其特性231

12.6.3 陶瓷膜的制备231

12.6.4 复合陶瓷膜的制备232

12.7 溶胶-凝胶法成膜技术233

12.7.1 引言233

12.7.2 原理233

12.7.3 溶胶-凝胶法工艺233

12.7.4 溶胶-凝胶法的原料234

12.7.5 溶胶-凝胶法成膜实例234

参考文献235

第四篇 气体膜组件的制备、级联与流程设计236

第13章 膜组件的主要构型与特点236

13.1 引言236

13.2 气体膜组件的主要构型与分类236

13.2.1 板框式236

13.2.2 圆管式237

13.2.3 螺旋卷式237

13.2.4 中空纤维式237

13.3 对气体膜组件的要求238

13.4 各种形式膜组件的特性对比238

参考文献239

第14章 膜组件的制备工艺240

14.1 平板膜组件240

14.1.1 流延制膜法240

14.1.2 水上展开法241

14.1.3 平板刮膜机241

14.2 管式膜组件242

14.3 螺旋卷式膜组件244

14.3.1 螺旋卷式膜组件的特点244

14.3.2 螺旋卷式膜组件的结构244

14.4 中空纤维膜245

14.4.1 溶液拉丝法245

14.4.2 熔融拉丝法248

14.4.3 热致相分离法248

14.4.4 中空纤维膜组件的制法249

14.5 膜组件的运转模式及其适应的组件形式253

14.5.1 减压式253

14.5.2 加压式253

14.5.3 加压/减压式253

参考文献254

第15章 中空纤维气体膜分离数学模型与组件级联255

15.1 气体膜分离数学模型255

15.2 气体膜分离器的级联256

15.2.1 膜组件的一级配置256

15.2.2 膜组件的多级多段配置258

15.2.3 膜分离系统的配套流程举例258

参考文献260

第五篇 气体膜技术的开发展望261

第16章对气体膜分离技术未来的期盼与展望261

16.1 进一步探索高性能气体分离用高分子膜材质261

16.1.1 提高多孔膜的选择性262

16.1.2 开发耐热高分子膜262

16.1.3 有机-无机复合膜263

16.1.4 膜的改性263

16.2 进一步探索无机膜及其制备技术263

16.2.1 碳分子筛膜263

16.2.2 分子筛膜264

16.2.3 钯膜及其复合膜264

16.3 加快拓展应用领域265

16.4 对医疗卫生用气体膜的前景期盼265

16.5 对燃料电池质子交换膜的展望266

16.6 促进膜反应器的创新研究266

参考文献266

第17章 气体膜分离技术与其他过程集成267

17.1 概述267

17.2 膜分离与吸附单元操作集成267

17.3 膜分离与冷冻单元操作集成267

17.4 膜分离与催化单元操作集成268

17.5 渗透蒸发与其他过程的集成268

17.5.1 与精馏过程的集成268

17.5.2 与反应过程集成269

17.5.3 与吸附过程的集成269

参考文献270

第18章 世界气体膜分离市场展望271

18.1 概述271

18.2 膜法制氮272

18.3 膜法富氧272

18.4 膜法提氢272

18.5 天然气净化273

18.6 蒸气／气体分离273

18.7 蒸气／蒸气分离273

参考文献274

结束语275

附录276

附表1 天邦膜技术国家工程研究中心生产的主要气体分离膜装置的规格和性能概况276

附表2 国外气体膜分离器的主要供应厂家276

附表3 国外主要生产气体膜分离器的公司及其产品性能277

附表4 中空纤维气体分离膜组件的规格和性能（日本东洋纺)277

附表5 提氢用中空纤维膜组件的规格和性能（日本宇部兴产)277

附表6 国产主要微孔滤膜和装置的性能概况278

附表7 国产微孔滤膜的规格性能和应用（杭州水处理技术研究开发中心)278

附表8 国产核微孔滤膜的规格和性能（中国原子能科学研究院)278

附表9 国产微孔过滤器的规格性能和应用（上海集成过滤器材公司)279

附表10 国外微滤用膜组件的规格与性能279

附表11 国外除菌用过滤器的规格与性能（Millipore公司)280

附表12 国内一些气体膜科研所及膜设备厂商一览表280

附表13 日本气体膜与膜设备厂商一览表281

附表14 常用单位换算281

《气体膜技术》较全面和系统地介绍了当代各种气体膜技术的基本原理、制膜方法、膜的特性测试、应用实例及其最新发展和展望。《气体膜技术》对从事膜法气体分离、石油化工、燃料电池、生物工程及医疗保健等工作的科研人员和工程技术界同仁有较大的参考价值，可供与膜技术相关的企业专家、从业人员以及各级管理干部和大专院校师生参考，也可作为对膜技术感兴趣的初学者的入门读物。