高性能分離膜材料

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國家出版基金項目

十二五國家重點出版物出版規(guī)劃項目

“”

中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)———新材料

高性能分離膜材料

中國材料研究學(xué)會組織編寫

叢書主編黃伯云

叢書副主編韓雅芳

編著徐志康萬靈書等

單頁

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內(nèi)容簡介

中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)新材料叢書是中國材料研究學(xué)會組織編寫的被新聞出版廣電

“———”,

總局批準(zhǔn)為十二五國家重點出版物出版規(guī)劃項目并獲年度國家出版基金資助叢書

“”,2016。

共分冊涵蓋了新型功能材料高性能結(jié)構(gòu)材料高性能纖維復(fù)合材料等種重點發(fā)展的材

16,、、16

料本分冊為高性能分離膜材料

?！丁贰?/p>

本書在重新梳理分離膜材料制備與結(jié)構(gòu)調(diào)控的基礎(chǔ)上重點論述正滲透與反滲透膜仿生修

,、

飾膜均孔膜滲透汽化膜油水分離膜納濾膜鋰離子電池隔膜以及燃料電池膜等一系列仍

、、、、、

在不斷發(fā)展中的高性能分離膜材料論述它們的基本原理制備方法結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系以及應(yīng)

,、、

用現(xiàn)狀等并展望其未來發(fā)展前景

,。

本書可供新材料科研院所高等院校新材料產(chǎn)業(yè)界政府相關(guān)部門新材料中介咨詢機(jī)構(gòu)

、、、、

等領(lǐng)域的人員參考尤其適合從事膜科學(xué)與技術(shù)的研究人員與工程技術(shù)人員分離膜材料與工程

,、

應(yīng)用領(lǐng)域人員參考也可作為普通高等院校材料類專業(yè)教材

,。

圖書在版編目(CIP)數(shù)據(jù)

中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)新材料高性能分離膜材料

../

徐志康等編著北京中國鐵道出版社

.—:,2017.12

ISBN978--7--113--23963--3

中徐新興產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

Ⅰ.①…Ⅱ.①…Ⅲ.①----

研究中國高性能化分離膜產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究中國

--②--------

Ⅳ.①F121.3②F426.7

中國版本圖書館數(shù)據(jù)核字第號

CIP(2017)269649

中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)新材料

書名:———

高性能分離膜材料

作者:徐志康萬靈書等編著

策劃:李小軍讀者熱線:

(010)63550836

責(zé)任編輯:李小軍

編輯助理:初祎

封面設(shè)計:

責(zé)任校對:張玉華

責(zé)任印制:郭向偉

出版發(fā)行:中國鐵道出版社北京市西城區(qū)右安門西街號

(100054,8)

網(wǎng)址:

htt:///51eds/

印刷:中煤p北京印p務(wù)有限公司

()

版次:年月第版年月第次印刷

20171212017121

開本:印張字?jǐn)?shù)千

787mm×1092mm1/16:25:542

書號:

ISBN978--7--113--23963--3

定價:元

118.00

版權(quán)所有侵權(quán)必究

凡購買鐵道版圖書如有印制質(zhì)量問題請與本社教材圖書營銷部聯(lián)系調(diào)換電話

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中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)新材料叢書

“———”

編委會

主任:黃伯云(中國工程院院士、中國材料研究學(xué)會名譽(yù)理事長)

副主任:韓雅芳(教授、中國材料研究學(xué)會副理事長兼秘書長)

田京芬(中國鐵道出版社社長、全國新聞出版行業(yè)領(lǐng)軍人才)

編委:李元元(中國工程院院士、中國材料研究學(xué)會理事長)

魏炳波(中國科學(xué)院院士、中國材料研究學(xué)會副理事長)

周玉(中國工程院院士、中國材料研究學(xué)會副理事長)

謝建新(中國工程院院士、中國材料研究學(xué)會常務(wù)副理事長)

鄭有炓(中國科學(xué)院院士、南京大學(xué)教授)

李衛(wèi)(中國工程院院士、北京鋼鐵研究總院教授級高級工程師)

潘復(fù)生(中國工程院院士、中國材料研究學(xué)會副理事長)

姚燕(教授、中國材料研究學(xué)會副理事長)

羅宏杰(教授、中國材料研究學(xué)會副理事長)

韓高榮(教授、中國材料研究學(xué)會副理事長)

唐見茂(教授、中國材料研究學(xué)會常務(wù)理事、咨詢專家)

張新明(教授、俄羅斯工程院院士、俄羅斯宇航科學(xué)院院士)

朱美芳(教授、中國材料研究學(xué)會常務(wù)理事)

張增志(教授、中國材料研究學(xué)會常務(wù)理事兼副秘書長)

武英(教授、中國材料研究學(xué)會常務(wù)理事兼副秘書長)

趙永慶(教授、中國材料研究學(xué)會理事)

李賀軍(教授、中國材料研究學(xué)會理事)

楊桂生(教授、中國材料研究學(xué)會理事)

吳曉東(清華大學(xué)材料學(xué)院副研究員)

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ⅳ高性能分離膜材料

吳玲(教授、國家新材料行業(yè)生產(chǎn)力中心主任)

尚成嘉(北京科技大學(xué)教授、中國材料研究學(xué)會理事)

徐志康(浙江大學(xué)教授)

楊輝(浙江大學(xué)教授)

姜希猛(深圳清華大學(xué)研究院研究員)

趙靜(中國鐵道出版社總編辦主任)

責(zé)任編委:唐見茂

叢書主編:黃伯云

叢書副主編:韓雅芳

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序

新材料是高技術(shù)和現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和先導(dǎo),對培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、

國家重大工程項目的建設(shè)以及可持續(xù)發(fā)展都具有重要的支撐和保證作用。在我

國政府大力支持下,我國新材料在產(chǎn)業(yè)規(guī)模、技術(shù)進(jìn)步、創(chuàng)新能力、應(yīng)用水平等方

面均取得了重大進(jìn)展,自主的產(chǎn)業(yè)體系初步形成,具備了良好的發(fā)展基礎(chǔ)。同

時,從全球高新技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景看,新材料的基礎(chǔ)地位和先導(dǎo)作用也

越來越重要。

“中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)———新材料”叢書是為貫徹落實國務(wù)院年頒布的

2010

《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》(國發(fā)〔〕號)而組織編著出

201032

版的。在國發(fā)〔〕號文中,新材料被列為我國七種重點發(fā)展的產(chǎn)業(yè)之一,其

201032

總體目標(biāo)定位是:“大力發(fā)展稀土功能材料、高性能膜材料、特種玻璃、功能陶瓷、

半導(dǎo)體照明材料等新型功能材料。積極發(fā)展高品質(zhì)特殊鋼、新型合金材料、工程

塑料等先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料。提升碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維等高性能纖維

及其復(fù)合材料發(fā)展水平。開展納米、超導(dǎo)、智能等共性基礎(chǔ)材料研究?！北緟矔?/p>

中國材料研究學(xué)會負(fù)責(zé)組織編著、中國鐵道出版社出版,并成功入選“‘十二五’國

家重點出版物出版規(guī)劃項目”,獲得年度國家出版基金資助。這是論述我國

2016

新材料發(fā)展戰(zhàn)略的第一部系統(tǒng)性科技系列著作,代表了當(dāng)代新材料發(fā)展的主流,

對推動我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和可持續(xù)發(fā)展都具有重要的現(xiàn)實意義和深遠(yuǎn)的指導(dǎo)

意義。

本叢書從發(fā)展國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的高度出發(fā),重點選擇了國發(fā)〔〕號

201332

文件鼓勵的高性能結(jié)構(gòu)材料、特種功能材料和高性能纖維及其復(fù)合材料,全面系

統(tǒng)闡述了發(fā)展這些重點新材料的產(chǎn)業(yè)背景及戰(zhàn)略意義,系統(tǒng)地論述了這些新材料

的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用技術(shù)、我國取得的最新研究成果、應(yīng)用方向及發(fā)展前景,針對性

地提出了我國發(fā)展這些新材料的主要方向和任務(wù),分析了存在的主要問題,提出

了相應(yīng)的對策和建議,是我國近年來在新材料領(lǐng)域內(nèi)具有領(lǐng)先水平的科技著作叢

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ⅵ高性能分離膜材料

書。叢書最大的特點是體現(xiàn)了一個“新”字:介紹和論述了我國材料領(lǐng)域取得的最

新研究成果、開發(fā)的最先進(jìn)材料品種和最新制造技術(shù),所著內(nèi)容代表當(dāng)代全球新

材料發(fā)展方向和主流。叢書既具有較高的學(xué)術(shù)性和技術(shù)先進(jìn)性,同時對我國新材

料產(chǎn)業(yè)發(fā)展也具有重要的參考價值。

中國材料研究學(xué)會是全國一級學(xué)術(shù)團(tuán)體,具有資源、信息和人才的綜合優(yōu)勢,

多年來在促進(jìn)材料科學(xué)進(jìn)步、開展國內(nèi)外學(xué)術(shù)交流、承接政府職能轉(zhuǎn)移、提供新材

料產(chǎn)業(yè)發(fā)展決策咨詢、開展社會化服務(wù)等方面做了大量的、卓有成效的工作,為推

動我國新材料發(fā)展發(fā)揮了重要作用。參加本叢書編著的作者都是我國從事相關(guān)

材料研究和開發(fā)的一流的科研單位和院校、一流的專家學(xué)者,擁有數(shù)十年的科研、

教學(xué)和產(chǎn)業(yè)開發(fā)經(jīng)驗,并取得了國內(nèi)領(lǐng)先的科研成果,創(chuàng)作態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn),從而保障了

本套叢書的內(nèi)容質(zhì)量。

本叢書的編著和出版是近年來我國材料研究領(lǐng)域具有足夠影響的一件大事。

我們希望,本叢書的出版能對我國新材料技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生較大的助推作用,

也熱切希望廣大材料科技人員、產(chǎn)業(yè)精英、決策機(jī)構(gòu)積極投身到發(fā)展我國新材料

研發(fā)的行列中來,為推動我國新材料產(chǎn)業(yè)又好又快的發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)!

中國材料研究學(xué)會名譽(yù)理事長

中國工程院院士

年月

20166

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前言

“中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)———新材料”叢書是中國材料研究學(xué)會組織編寫的,被新聞出

版廣電總局批準(zhǔn)為“十二五”國家重點出版物出版規(guī)劃項目并獲年度國家出版基金

2016

資助。

根據(jù)國務(wù)院《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》,新材料被列為我國戰(zhàn)略

性新興產(chǎn)業(yè)之一。本叢書定位為:從戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的高度,著重論述該類新材料在國民

經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)重大工程和項目中的地位和作用、技術(shù)基礎(chǔ)、最新研究成果、應(yīng)用領(lǐng)域及

發(fā)展前景。其特點在于體現(xiàn)一個“新”字,即在遵守國家有關(guān)保密規(guī)定的前提下論述當(dāng)代

新材料的最先進(jìn)的工藝和最重要的性能。它代表當(dāng)代全球新材料發(fā)展主流,對實現(xiàn)可持

續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義和深遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義。叢書共分冊,涵蓋了新型功能材料、

16

高性能結(jié)構(gòu)材料、高性能纖維復(fù)合材料等種重點發(fā)展的材料。本分冊為《高性能分離

16

膜材料》。

膜分離技術(shù)是一類高效的分離技術(shù),與傳統(tǒng)的分離技術(shù)相比,膜分離具有效率高、能

耗低、所需空間小、過程簡單、易放大與自控、操作方便、不污染環(huán)境、便于與其他技術(shù)集成

等突出優(yōu)點。膜分離技術(shù)的核心是高性能分離膜材料。自世紀(jì)年代以來,分離膜

2060

材料與膜分離技術(shù)的研究得到了世界各國的高度重視,成為實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的

重要組成部分。尤其是在當(dāng)今世界能源長期短缺、水資源日益匱乏、環(huán)境污染越發(fā)嚴(yán)重、

人類健康疊遇挑戰(zhàn)的情況下,高性能分離膜材料在新能源電池、清潔生產(chǎn)、氣體分離、海水

淡化、污水處理、飲用水凈化、醫(yī)療健康等一系列領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用與長足發(fā)展。與

此相對應(yīng),有關(guān)分離膜材料與膜分離技術(shù)的著作與書籍日益增多。筆者有幸十年前曾參

與《高分子膜材料》(化學(xué)工業(yè)出版社)一書的編著,對微濾、超濾、氣體分離等已得到廣泛

應(yīng)用的高分子分離膜材料進(jìn)行了較為全面的介紹,還著重闡述了高分子分離膜材料的一

些共性問題及其研究進(jìn)展,包括高分子分離膜材料制備的常用方法和技術(shù)、高分子分離膜

材料制備過程中的多層次結(jié)構(gòu)控制及其熱力學(xué)與動力學(xué)研究、高分子分離膜材料的表面

修飾與改性、膜分離傳質(zhì)過程與機(jī)理等。十年來,社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的強(qiáng)大需求和科學(xué)

技術(shù)自身的不斷發(fā)展,使得分離膜材料和膜分離技術(shù)也日新月異。面向世紀(jì),一些傳

21

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高性能分離膜材料

ⅷ

統(tǒng)的分離膜材料實現(xiàn)了功能化與高性能化,一系列新的分離膜材料也逐步成為本領(lǐng)域關(guān)

注的熱點。本書旨在重新梳理高性能分離膜材料制備與結(jié)構(gòu)調(diào)控的基礎(chǔ)上,重點論述正

滲透與反滲透膜、納濾膜、滲透汽化膜、仿生修飾膜、均孔膜、油水分離膜、鋰離子電池隔膜

及燃料電池膜等一系列仍在不斷發(fā)展中的分離膜材料,論述它們的基本原理、制備方法、

結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系及應(yīng)用現(xiàn)狀等,并展望其未來發(fā)展前景。本書適合作為從事膜科學(xué)與

技術(shù)的研究人員和工程技術(shù)人員參考。

本書第章由朱利平、徐志康編著,第章由吳青蕓、徐志康編著,第章由胡夢欣、

123

楊浩程、徐志康編著,第章由歐洋、萬靈書、徐志康編著,第章由安全福編著,第章由

456

楊浩程、徐志康編著,第章由計艷麗、安全福、徐志康編著,第章由張宏、朱寶庫編著,

78

第章由張宏偉、朱寶庫編著。全書由徐志康、萬靈書、朱利平統(tǒng)稿定稿。

9

在本書編著過程中,得到了國家自然科學(xué)基金委()和浙江省自然科學(xué)基金

50933006

委()的大力支持,“浙江省吸附分離材料與應(yīng)用技術(shù)重點實驗室”和“膜與水

LZ15E030001

處理技術(shù)教育部工程研究中心”的研究生對本書的完成做了大量的工作,在此一并表示

感謝!

編著者

年月

20175

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目錄

第1章高性能膜材料制備與結(jié)構(gòu)調(diào)控…………………

1

膜的概念及分類………………………

1.11

膜的概念…………

1.1.11

膜的分類…………

1.1.21

膜用聚合物……………

1.22

膜用聚合物種類…………………

1.2.12

膜用聚合物的選擇………………

1.2.23

聚合物膜材料的制備方法……………

1.33

非溶劑致相分離法法…………………

1.3.1(NIPS)4

熱致相分離法法………

1.3.2(TIPS)7

自組裝相轉(zhuǎn)化復(fù)合法法…………

1.3.3--(SNIPS)10

其他相轉(zhuǎn)化制膜方法…………

1.3.413

其他制膜方法…………………

1.3.513

高分子膜材料的改性………………

1.416

兩親聚合物共混改性方法……………………

1.4.116

兩親聚合物共混與表面反應(yīng)相結(jié)合改性方法………………

1.4.219

中空纖維膜增強(qiáng)改性方法……………………

1.4.322

膜材料制備與結(jié)構(gòu)調(diào)控發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢…………

1.524

參考文獻(xiàn)……………………

24

第2章正/反滲透膜………………………

29

正反滲透的基本原理………………

2.1/29

滲透現(xiàn)象………………………

2.1.129

反滲透過程……………………

2.1.231

正滲透過程……………………

2.1.332

正反滲透膜材料與膜形態(tài)…………

2.2/35

膜材料…………

2.2.135

膜形態(tài)…………

2.2.240

正反滲透膜的性能優(yōu)化……………

2.3/45

濃差極化現(xiàn)象…………………

2.3.146

單頁

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ⅹ高性能分離膜材料

濃差極化的控制與膜設(shè)計……………………

2.3.251

膜污染現(xiàn)象……………………

2.3.353

抗污染正反滲透膜……………

2.3.4/54

正反滲透膜的應(yīng)用…………………

2.4/60

海水淡化………………………

2.4.160

污水處理………………………

2.4.261

鹽差發(fā)電………………………

2.4.361

正反滲透膜發(fā)展趨勢………………

2.5/62

參考文獻(xiàn)……………………

63

第3章仿生修飾膜………………………

70

糖基化膜材料………………………

3.170

糖基化方法……………………

3.1.171

糖基化膜材料的應(yīng)用…………

3.1.281

糖基化膜材料的發(fā)展前景……………………

3.1.392

多巴胺仿生修飾膜…………………

3.293

多巴胺氧化組裝行為及其黏附機(jī)理…………

3.2.1--93

聚合物膜材料的多巴胺表面沉積改性………

3.2.296

基于多巴胺涂層的二次功能化修飾…………

3.2.399

未來展望………………………

3.2.4101

仿生礦化膜…………

3.3102

仿生礦化的概念與原理………

3.3.1102

仿生礦化膜的類型……………

3.3.2102

常見的仿生礦化膜……………

3.3.3103

仿生礦化膜的優(yōu)勢與存在的問題……………

3.3.4105

仿生修飾膜發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢………

3.4106

參考文獻(xiàn)…………………

107

第4章均孔膜……………

119

概述…………………

4.1119

幾種均孔膜的優(yōu)劣勢…………

4.1.1119

均孔膜的制備…………………

4.1.2119

徑跡蝕刻膜…………

4.2121

徑跡蝕刻過程及孔形貌調(diào)控…………………

4.2.1121

納米孔道的改性及其應(yīng)用……………………

4.2.2125

光刻技術(shù)…………

4.3127

傳統(tǒng)光刻技術(shù)…………………

4.3.1127

雙頁

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目錄?

軟刻技術(shù)………………………

4.3.2128

呼吸圖法……………

4.4130

呼吸圖法簡介…………………

4.4.1130

冰面制備貫通型蜂窩膜………

4.4.2132

其他制備方法…………………

4.4.3134

犧牲模板法…………

4.5134

膠體晶體法……………………

4.5.1135

乳液模板法……………………

4.5.2137

生物模板法……………………

4.5.3138

自組裝膜……………

4.6140

嵌段共聚物微相分離…………

4.6.1140

粒子超分子及凝膠自組裝…………………

4.6.2、144

碳納米管和石墨烯膜………………

4.7148

碳納米管膜……………………

4.7.1149

石墨烯膜………………………

4.7.2152

均孔膜發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢……………

4.8157

參考文獻(xiàn)…………………

157

第5章新型滲透汽化膜材料…………

177

滲透汽化原理及分離體系…………

5.1177

滲透汽化原理…………………

5.1.1177

滲透汽化分離體系……………

5.1.2179

滲透汽化分離膜材料的選擇………

5.2179

一般原則………………………

5.2.1179

極性相似和溶劑化原則………

5.2.2180

溶度參數(shù)原則…………………

5.2.3180

親水疏水原則…………………

5.2.4181

有機(jī)溶劑脫水膜材料………………

5.3181

天然高分子類…………………

5.3.1181

合成高分子類…………………

5.3.2184

聚電解質(zhì)絡(luò)合物類……………

5.3.3188

有機(jī)無機(jī)雜化膜材料………

5.3.4--197

水中脫除有機(jī)物膜材料……………

5.4200

含硅聚合物……………………

5.4.1201

含氟類聚合物…………………

5.4.2204

其他類…………

5.4.32