氣體分離膜材料科學 [The Science of Material on Gas Separation Membrane] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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藏雨，程偉東，蘭天宇，賈宏葛，王雅珍 著

圖書標籤:

• 氣體分離膜
• 膜材料
• 膜科學
• 分離技術
• 材料科學
• 聚閤物膜
• 氣體分離
• 膜製備
• 膜性能
• 膜應用

齣版社： 哈爾濱工業大學齣版社

ISBN：9787560359069

版次：1

商品編碼：12131796

包裝：精裝

外文名稱：The Science of Material on Gas Separation Membrane

開本：16開

齣版時間：2017-01-01

用紙：膠版紙

頁數：267

字數：306000

正文語種

內容簡介

　　《氣體分離膜材料科學》主要介紹氣體分離膜材料相關基礎知識和材料製備方法等內容，詳細闡述各類氣體分離膜的主要材料、製備方法、分離機理、發展曆史及新研究進展等。《氣體分離膜材料科學》力求內容的係統性和全麵性，著重介紹瞭幾種已成為研究熱點的高分子膜、無機膜和有機-無機雜化膜的閤成方法以及應用前景。
　　《氣體分離膜材料科學》可作為材料工程、化學工程與工藝、環境工程、食品工程等相關專業高年級本科生、研究生的教材或教學參考書，也可供相關專業的工程技術人員參考。

內頁插圖

目錄

第1章 緒論
1．1 氣體分離方法
1．2 膜分離技術的發展概況
1．3 氣體分離膜的發展概況
參考文獻

第2章 氣體分離膜分離機理
2．1 氣體分離膜的定義
2．2 氣體分離膜的分類
2．3 氣體在多孔膜中的滲透機理
2．4 氣體在非多孔膜中的滲透機理
2．5 氣體在復閤膜中的滲透機理
2．6 水蒸氣在膜中的滲透機理
參考文獻

第3章 氣體分離膜材料及膜的製備
3．1 氣體分離膜材料
3．2 氣體分離膜的製備
參考文獻

第4章 氣體分離膜的結構、性能及測定
4．1 氣體分離膜的結構
4．2 氣體分離膜的性能
4．3 氣體分離膜的測定方法
參考文獻

第5章 聚酰亞胺氣體分離膜
5．1 引言
5．2 氣體分離機理與基本參數
5．3 聚酰亞胺膜的製備方法
5．4 影響傳輸性質的因素
5．5 聚酰亞胺膜結構與性能的關係
5．6 聚酰亞胺的改性
參考文獻

第6章 全氟聚閤物氣體分離膜
6．1 引言
6．2 無定型全氟聚閤物
6．3 碳氟／碳氫相互作用的本質
6．4 含氟聚酰亞胺
參考文獻

第7章 聚取代乙炔氣體分離膜
7．1 引言
7．2 聚閤物閤成
7．3 氣體和蒸汽的分離
7．4 滲透汽化
參考文獻

第8章 炭化氣體分離膜
8．1 引言
8．2 炭膜的分類
8．3 炭膜的製備
8．4 炭膜的應用
8．5 炭膜的功能化
參考文獻

第9章 分子篩膜
9．1 引言
9．2 分子篩膜概述
9．3 分離機理
9．4 氣體分離分子篩膜的分類與研究
9．5 分子篩膜閤成方法
9．6 氣體分離分子篩膜的應用
參考文獻

第10章 有機-無機雜化膜
10．1 引言
10．2 有機-無機雜化膜的分類
10．3 有機-無機雜化氣體分離膜製備方法
10．4 有機-無機雜化氣體分離膜材料設計
10．5 有機-無機雜化膜在氣體分離上的研究進展
參考文獻

第11章 促進傳遞膜
11．1 引言
11．2 支撐液膜內的流動載體促進傳遞
11．3 離子交換膜內的促進傳遞
11．4 固定載體促進傳遞膜
參考文獻

第12章 氣體分離膜組件
12．1 膜組件的定義
12．2 膜組件的分類及製備工藝
參考文獻

第13章 氣體膜分離技術的應用及發展趨勢
13．1 氣體膜分離技術的應用及市場展望
13．2 氣體膜分離技術的期盼與展望
13．3 氣體分離膜市場展望
參考文獻
名詞索引

前言/序言

　　氣體分離是把某些氣體的混閤物轉化成為成分各不相同的兩個或多個單一氣體組分的過程。氣體純化是從某些氣體的混閤物中脫齣對後續工藝有害和不利的氣體成分，或導緻環境汙染的氣體成分的過程。分離和純化過程幾乎滲入瞭所有的工業和研究領域，特彆是在氣體分離、水法冶金、高純或超純材料製備、環境保護等領域中，分離過程更是具有舉足輕重的地位。近年來，人們認識到瞭分離和純化過程在工業生産過程中的重要性。
　　國內關於氣體分離膜的圖書較少，大多數氣體分離膜的應用偏重於富氧技術及其應用與開發，沒有涉及關於膜材料的內容；而國外發行的關於氣體分離膜的外文版圖書則偏重於材料較多，未涉及氣體分離膜的基礎知識和膜組件等內容。因此將氣體分離膜分離機理、常用膜材料的製備、膜組件、氣體分離膜的應用前景和發展現狀集中撰寫於本書中，以滿足材料工程、化學工程與工藝、環境工程、食品工程等相關專業高年級本科生、研究生對此類圖書的需求，同時本書也可供相關專業的工程技術人員作為參考用書。
　　本書共13章，第1章介紹瞭幾種氣體分離方法，其中膜分離方法則作為發展最快的新技術受到廣泛關注，並簡單介紹瞭氣體分離膜在國內外的發展狀況。第2～4章從分離機理、材料製備、膜結構錶徵和測試等幾個方麵進行瞭基礎知識的介紹。第5～11章從膜材料角度著重介紹瞭應用前景最廣的高分子材料、無機材料、有機-無機雜化材料的製備和國內外研究進展，此部分為本書的特色內容。第12章和第13章介紹膜組件和膜分離技術的應用及發展趨勢。
　　全書由藏雨統稿，具體分工如下：第1、5、7、10、11章由藏雨撰寫，第2、12、13章由蘭天宇撰寫，第3、4、6章由程偉東撰寫，第8章由賈宏葛撰寫，第9章由王雅珍撰寫。
　　由於作者水平有限，本書在內容選擇和文字錶達上可能存在不妥之處，希望並歡迎廣大讀者提齣寶貴意見。

氣體分離膜材料科學 前言 氣體分離作為一項關鍵的工業過程，在能源、化工、環保等領域扮演著至關重要的角色。隨著社會對資源高效利用和環境保護要求的不斷提高，傳統的氣體分離技術（如吸附、精餾、吸收等）在能耗、效率、成本等方麵日益顯露齣局限性。膜分離技術以其能耗低、分離效率高、設備緊湊、易於規模化等優勢，正逐漸成為氣體分離領域的研究熱點和發展方嚮。而實現高效、經濟的氣體分離，離不開對高性能氣體分離膜材料的深入研究和創新。 本書《氣體分離膜材料科學》旨在係統、深入地探討氣體分離膜材料的科學基礎、設計原理、製備技術、性能錶徵以及在各類氣體分離過程中的應用。我們希望通過對材料結構與性能之間關係的剖析，揭示影響氣體滲透和選擇性的關鍵因素，為新一代高性能氣體分離膜材料的開發提供理論指導和技術支撐。 第一章 氣體分離膜技術概述 本章將為您全麵介紹氣體分離膜技術的發展曆程、基本原理以及其在現代工業中的重要地位。 1.1 氣體分離的意義與挑戰 1.1.1 工業生産中的氣體分離需求： 詳細闡述在石油化工（如乙烯/乙烷分離、氮氣生産）、天然氣處理（如CO2脫除、H2S脫除）、空氣分離（如氧氮製備）、環保領域（如VOCs迴收、CO2捕集）等不同工業部門中，氣體分離所麵臨的迫切需求。分析傳統分離方法的優缺點，凸顯膜分離技術的發展潛力。 1.1.2 傳統分離技術的局限性： 深入分析精餾、吸收、吸附等傳統技術在能耗、設備體積、操作復雜性、分離效率、副産物生成以及適用範圍等方麵的不足，為引入膜分離技術提供理論依據。 1.2 膜分離技術的基本原理 1.2.1 驅動力： 詳細解釋氣體在膜兩側産生的驅動力，包括壓力差（密實膜、多孔膜）、濃度差（滲透蒸發）等，並分析不同驅動力在不同分離體係中的適用性。 1.2.2 分離機製： 溶解-擴散機製： 重點講解高分子膜中氣體分子通過在膜材料中溶解和擴散來實現分離的機理，分析氣體溶解度和擴散係數對分離性能的影響。 分子篩分機製： 闡述無機膜和某些特殊結構的高分子膜中，氣體分子受膜孔徑和形狀限製而實現分離的原理，探討孔徑分布、孔隙率、形狀對選擇性的決定性作用。 其他機製： 簡要介紹截留、吸附-解吸等在特定氣體分離場景下的分離機製。 1.3 氣體分離膜的分類 1.3.1 按材料分類： 高分子膜： 詳述聚碸、聚酰亞胺、聚醚碸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、縴維素衍生物等經典高分子材料的結構特點、優缺點及其在氣體分離中的應用。 無機膜： 介紹陶瓷膜（如氧化鋁、氧化鋯、沸石）、金屬膜（如鈀膜）、碳膜的結構、製備特點、優點（耐高溫、耐溶劑、高選擇性）及其在特殊氣體分離中的應用。 復閤膜： 重點介紹“皮-ufieurs”結構（如聚碸支撐層+聚酰亞胺分離層）、“堆疊”結構等復閤膜的設計理念，分析其如何結閤不同材料的優勢，剋服單一材料的局限性，實現高性能化。 1.3.2 按結構分類： 密實膜： 闡述其無孔隙或孔隙極小的結構，主要依賴溶解-擴散機製分離，適用於對滲透性要求較高的體係。 多孔膜： 介紹其具有均勻且可控孔徑的微觀結構，主要依靠分子篩分機製分離，適用於對選擇性要求較高的體係。 微孔膜： 強調其孔徑在0.1-10 nm範圍內的特徵，主要用於液體過濾，但部分也可用於氣體分離。 超濾膜/納濾膜： 簡要提及，並指齣其在氣體分離中的應用局限性，但其支撐層結構對高性能膜的製備至關重要。 1.3.3 按形態分類： 平闆膜： 介紹其結構特點、優缺點及常用組件形式（如平闆式組件）。 管狀膜： 闡述其內部或外部流道設計、加工工藝及其在工業應用中的優勢。 中空縴維膜： 重點分析其高比錶麵積、緊湊結構、易於組裝的特點，以及在工業規模化生産中的重要性。 1.4 膜分離技術在氣體分離中的應用實例 1.4.1 膜法製氮： 詳細講解基於高分子膜（如聚碸、聚酰亞胺）的氧/氮分離原理，分析影響製氮效率和氮氣純度的因素。 1.4.2 膜法製氫： 介紹使用鈀基膜、碳膜等進行氫氣純化或從閤成氣中分離氫氣的技術，分析其在燃料電池、化工閤成等領域的應用前景。 1.4.3 CO2捕集與分離： 重點探討聚閤物膜、沸石膜、嵌段共聚物膜在煙氣、天然氣等體係中的CO2分離技術，分析其在碳減排中的作用。 1.4.4 VOCs迴收： 闡述使用聚閤物膜或其他類型膜從工業廢氣中迴收揮發性有機化閤物的技術，分析其在環境保護和資源再利用方麵的價值。 第二章 氣體分離膜材料的設計與閤成 本章將深入探討如何從材料結構層麵設計和閤成齣滿足特定氣體分離需求的高性能膜材料。 2.1 分子結構與鏈段運動性 2.1.1 聚閤物主鏈結構： 分析剛性鏈段（如芳香環）、柔性鏈段（如亞甲基鏈）、雜原子（如O, N, S）在聚閤物鏈段中的引入如何影響鏈段的堆積、自由體積以及氣體的溶解和擴散。例如，剛性結構會降低鏈段運動性，減小滲透通量，但可能提高選擇性。 2.1.2 側基與取代基： 探討引入極性基團（如-OH, -NH2）、疏水基團（如-CF3, -Si(CH3)3）、或增加側鏈長度如何影響氣體與聚閤物的相互作用，從而改變溶解度和擴散係數。 2.1.3 交聯與網絡結構： 論述交聯度對聚閤物膜自由體積、鏈段剛性以及溶脹性的影響，分析適度交聯如何平衡滲透通量和選擇性，提高膜的尺寸穩定性。 2.2 自由體積理論與氣體傳輸 2.2.1 自由體積的概念： 詳細解釋聚閤物膜中的自由體積及其分布，以及其對氣體分子擴散過程的關鍵作用。 2.2.2 自由體積與滲透通量： 分析自由體積的大小、連通性與氣體擴散速率的直接關係，闡述如何通過調控聚閤物的分子結構和堆積來控製自由體積。 2.2.3 自由體積與選擇性： 討論不同尺寸和形狀的氣體分子在自由體積中的運動差異，以及這如何導緻選擇性分離。 2.3 聚閤物基體與氣體相互作用 2.3.1 極性相互作用： 探討極性基團（如羰基、酰胺基）與極性氣體（如CO2, H2O）之間的範德華力、偶極-偶極作用等，分析其對氣體溶解度的影響。 2.3.2 疏水/親水性： 論述疏水性聚閤物（如聚二甲基矽氧烷）易於透過非極性氣體，而親水性聚閤物（如聚乙烯醇）則易於透過水蒸氣。 2.3.3 空間位阻效應： 分析側基或大分子基團對氣體分子接近聚閤物鏈段的阻礙作用，影響擴散過程。 2.4 聚閤物的玻璃化轉變溫度（Tg）與氣體滲透性 2.4.1 Tg與鏈段運動性： 解釋玻璃化轉變溫度與聚閤物鏈段自由運動能力的關係。 2.4.2 Tg與氣體傳輸： 分析在Tg以上操作時，聚閤物鏈段運動性增強，通常導緻氣體滲透通量增加，但選擇性可能下降；在Tg以下時，鏈段運動受限，滲透通量較低，選擇性可能較高，但需考慮脆性問題。 2.4.3 調控Tg以優化性能： 介紹通過共聚、引入側基、或使用增塑劑等方法調控聚閤物的Tg，以獲得在特定操作溫度下具有最佳性能的膜材料。 2.5 新型聚閤物材料的設計策略 2.5.1 剛性聚閤物（Rigid Polymers）： 介紹如聚芳酮、聚苯並噁唑等具有高剛性主鏈的聚閤物，分析其高選擇性但滲透通量較低的特點，以及通過引入柔性鏈段或設計微觀孔隙來改善性能的策略。 2.5.2 阻滲透聚閤物（Impeded-Penetration Polymers）： 探討通過在聚閤物鏈中引入某些基團（如-NHCO-）來限製氣體分子的自由運動，提高選擇性的設計理念。 2.5.3 聚閤物互穿網絡（IPNs）和嵌段共聚物： 闡述通過物理或化學交聯形成互穿網絡，或設計具有不同相區分的嵌段共聚物，以構建具有連續通道和擴散路徑的復雜微觀結構，實現滲透性和選擇性的協同提升。 2.5.4 聚閤物-無機復閤膜： 重點介紹將無機填料（如沸石、MOFs、碳納米管、石墨烯）分散於聚閤物基體中，形成“人字形”或“Z字形”的傳質路徑，以提高選擇性和滲透通量的復閤膜設計思路。 2.6 無機氣體分離膜材料 2.6.1 沸石膜： 結構與孔徑控製： 介紹沸石的分子篩結構（如A型、X型、SAPO）、均勻的孔徑以及如何通過控製閤成條件（如模闆劑、溶劑、pH）來調控沸石的晶體尺寸和孔徑。 製備技術： 詳細闡述溶液法、蒸汽法、高溫水熱法等製備沸石膜的方法，並討論如何獲得連續、緻密、無裂紋的沸石膜層。 應用前景： 分析沸石膜在CO2/N2、CO2/CH4、O2/N2分離中的優勢。 2.6.2 金屬有機框架（MOFs）膜： MOFs的結構特點： 介紹MOFs是由金屬離子或團簇與有機配體自組裝形成的具有高度有序孔道的晶體材料，其孔徑、孔形和化學環境可調控性強。 MOFs膜的製備： 探討原位結晶法、沉積-結晶法等製備MOFs膜的技術。 氣體分離機理： 分析MOFs膜中的分子篩分、吸附選擇性以及由此帶來的協同分離效應。 2.6.3 碳材料膜（如碳納米管膜、石墨烯膜）： 碳納米管的結構與孔道： 介紹碳納米管的規整內部通道，其在氣體分離中的潛在應用。 石墨烯的二維結構： 闡述由石墨烯片層構成的膜，如何通過控製層間距實現氣體分離。 製備與挑戰： 分析製備連續、大麵積、高取嚮性的碳材料膜的技術難點，以及其在高溫、高壓環境下的穩定性。 第三章 氣體分離膜的製備與結構控製 本章將聚焦於如何將設計的材料轉化為實際應用的高性能膜，並詳細介紹各種製備技術及其對膜結構和性能的影響。 3.1 高分子氣體分離膜的製備技術 3.1.1 溶液澆鑄法： 原理與步驟： 詳細介紹溶解、過濾、澆鑄、溶劑揮發/萃取、凝固等操作流程。 影響因素： 分析聚閤物濃度、溶劑類型、揮發速率、凝固浴成分（如水、醇）對膜形貌（緻密層厚度、微孔結構）和宏觀性能的影響。 膜形貌調控： 講解如何通過調整工藝參數，如添加添加劑（如錶麵活性劑）、改變蒸發時間、使用相分離誘導劑等，來控製膜的微觀結構。 3.1.2 相轉化法（非溶劑誘導相分離）： 原理： 深入解釋在聚閤物溶液和凝固浴之間發生相分離（泡狀相分離、黏膠相分離、火山相分離）的動力學和熱力學過程。 影響因素： 詳細分析聚閤物-溶劑-非溶劑三元體係的組成、濃度、溫度、凝固浴的性質（溫度、成分）對膜結構（如指狀孔、閉孔、互穿網絡結構）的影響。 “TIPS”（Thermal Induced Phase Separation）和“TASNIPS”（Thermally Assisted Non-solvent Induced Phase Separation）： 介紹這些基於溫度控製的相轉化方法，及其在製備特定結構膜中的應用。 3.1.3 壓膜法（Melt Pressing）和擠齣法（Extrusion）： 原理： 介紹在高溫下將聚閤物熔融後通過壓製或擠齣成膜的方法，主要適用於熱塑性聚閤物。 優點與局限性： 分析其操作簡單、易於連續生産的優點，但對聚閤物的耐熱性要求高，且難以獲得高選擇性的緻密層。 3.1.4 電紡絲法（Electrospinning）： 原理： 詳細描述在高壓電場作用下，聚閤物溶液形成液滴並被拉伸成細縴維的過程，最終沉積形成多孔縴維膜。 縴維形貌與膜結構： 分析電場強度、溶液粘度、導電性、噴嘴與收集器距離等對縴維直徑、排列方式及膜孔結構的影響。 氣體分離應用： 探討其在製備超薄分離層、構建多層結構膜以及作為支撐層方麵的潛力。 3.2 復閤膜的製備與結構控製 3.2.1 “皮-ufieurs”型復閤膜（Skin-Layer Composite Membranes）： 製備方法： 重點介紹“皮-ufieurs”法的具體操作，如“皮層”的預塗、固化，然後通過浸泡或噴塗的方式形成“ufieurs層”支撐體。 界麵控製： 闡述如何控製分離層與支撐層之間的界麵粘附性，避免界麵缺陷，提高氣體傳輸效率。 微觀結構調控： 分析分離層厚度、緻密性，以及支撐層孔徑大小對膜整體性能的影響。 3.2.2 “堆疊”型復閤膜（Stacked Composite Membranes）： 製備方法： 介紹通過將已製備好的分離膜片與其他支撐材料層疊並進行壓閤或復閤的方法。 應用場景： 分析其在需要高機械強度和高性能分離膜組閤的應用中的優勢。 3.2.3 聚閤物-無機雜化膜（Polymer-Inorganic Hybrid Membranes）： 填料分散技術： 詳細介紹如何將無機納米填料（如沸石納米晶、MOFs顆粒、碳納米管、石墨烯片）均勻分散於聚閤物基體中，以避免團聚，優化填料的分布。 界麵相容性： 討論填料與聚閤物基體之間的界麵相互作用，以及如何通過錶麵改性等手段提高界麵相容性，減少缺陷，提高氣體傳輸路徑的連續性。 “人字形”通道設計： 解釋無機填料在聚閤物基體中的有序排列如何引導氣體分子的傳輸路徑，從而實現選擇性的提升。 3.3 無機氣體分離膜的製備技術 3.3.1 載體/支撐膜的選擇與製備： 支撐材料： 介紹陶瓷（如氧化鋁、氧化矽、氧化鈦）、不銹鋼等作為支撐體的選擇標準（機械強度、耐化學性、熱穩定性、孔隙率）。 支撐體結構： 分析多孔陶瓷管、多孔陶瓷平闆、金屬網等不同支撐體的結構特點及其對膜生長的影響。 3.3.2 晶種法/浸塗法： 原理： 介紹將少量目標晶體（如沸石晶種）預先沉積在支撐體錶麵，然後在水熱或溶劑熱條件下，使晶種生長並形成連續膜層的方法。 影響因素： 分析晶種的性質、密度、分布，以及熱液/溶劑熱閤成條件（溫度、壓力、時間、溶液組成）對膜層緻密性、完整性、晶體取嚮的影響。 3.3.3 原位結晶法： 原理： 直接在支撐體錶麵通過水熱或溶劑熱反應，使目標晶體（如沸石、MOFs）原位生成並沉積形成膜層。 優點： 簡化瞭製備過程，可能獲得更好的界麵結閤。 挑戰： 控長晶體尺寸和取嚮，避免形成多相區域。 3.3.4 蒸汽沉積法/化學氣相沉積（CVD）： 原理： 利用氣相前驅體在高溫下分解並沉積在支撐體錶麵形成薄膜。 應用： 主要用於製備非晶態或高度取嚮的無機膜，如金屬膜、碳膜。 膜形貌控製： 分析前驅體濃度、反應溫度、壓力、載氣流量等參數對膜層厚度、均勻性和緻密性的影響。 3.4 膜結構錶徵技術 3.4.1 宏觀結構錶徵： 掃描電子顯微鏡（SEM）觀察膜的錶麵形貌、斷麵結構；透射電子顯微鏡（TEM）觀察更精細的微觀結構。 3.4.2 孔隙結構錶徵： 氣體吸附法（BET）： 測定膜的比錶麵積、孔體積和孔徑分布。 流體動力學法： 通過不同氣體或液體的滲透通量，推斷膜的孔徑分布和孔隙率。 小角X射綫散射（SAXS）： 分析膜的孔隙結構和相分離形貌。 3.4.3 錶麵化學分析： X射綫光電子能譜（XPS）分析膜錶麵的元素組成和化學態；傅裏葉變換紅外光譜（FTIR）分析膜的官能團。 3.4.4 晶體結構分析： X射綫衍射（XRD）分析無機膜的晶體相、晶粒大小和取嚮。 3.4.5 機械性能測試： 拉伸試驗、彎麯試驗等評估膜的強度和韌性。 第四章 氣體分離膜的性能錶徵與評價 本章將介紹如何準確、全麵地評估氣體分離膜的性能，並理解影響性能的關鍵因素。 4.1 氣體滲透通量（Permeance） 4.1.1 定義與計算： 介紹氣體滲透通量的單位（如GPU，Gas Permeation Unit），並給齣計算公式（通量/驅動壓差）。 4.1.2 影響因素： 膜材料特性： 聚閤物的溶解度、擴散係數；無機膜的孔徑、孔隙率。 膜結構： 分離層厚度（越薄通量越大）、孔徑分布、孔連通性。 操作條件： 驅動壓差（通常與通量呈綫性關係，但要注意非綫性效應）、溫度（通常升高溫度會增加通量，但可能影響選擇性）、操作壓力。 4.2 氣體選擇性（Selectivity） 4.2.1 定義與計算： 介紹選擇性的錶示方法，如理想選擇性（兩種氣體滲透通量之比）或實際選擇性（組分在透過氣和滯留氣中的比例之比）。 4.2.2 影響因素： 膜材料特性： 兩種氣體在膜材料中的溶解度與擴散係數的差異（溶解度選擇性、擴散選擇性）。 膜結構： 分子篩分效應（孔徑與氣體分子尺寸的匹配）、膜的緻密性（避免泄漏）。 操作條件： 溫度（可能影響兩種氣體的溶解度和擴散係數的相對變化）、操作壓力（高壓下可能齣現“凝膠效應”或“膨脹效應”，影響選擇性）。 4.3 氣體分離膜性能評價方法 4.3.1 滲透測試（Permeation Tests）： 單組分氣體滲透測試： 測量單一氣體通過膜的通量，用於評估膜的滲透性。 二元/多組分氣體滲透測試： 測量混閤氣體通過膜後的組分變化，用於評估膜的選擇性。 靜態與動態測試： 介紹實驗室常用的小型滲透測試裝置，以及工業規模的測試方法。 4.3.2 動態吸附-解吸測試： 在某些特定應用（如PSA/TSA）中，需要通過動態吸附-解吸循環來評估膜的吸附容量和再生性能。 4.3.3 阻力測試（Resistance Tests）： 評估膜在特定環境下的耐化學腐蝕性、熱穩定性、抗氧化性等。 4.4 性能評價中的挑戰與考慮 4.4.1 “徹伍德圖”（Robeson Upper Bound）： 引入“徹伍德圖”的概念，解釋滲透通量和選擇性之間的權衡關係（trade-off），並分析如何通過新材料設計突破這一限製。 4.4.2 膜的穩定性： 討論膜在長期運行過程中可能齣現的性能衰減，包括溶脹、溶蝕、結晶、老化、堵塞等問題。 4.4.3 膜組件的設計： 強調膜組件（如螺鏇捲式、簾式、管式）的設計對膜性能實現和放大應用的重要性，包括流場設計、傳質阻力、壓力損失等。 4.4.4 實際工況下的性能： 指齣實驗室條件下測得的理想性能與工業實際運行條件下的性能可能存在差異，需考慮雜質、寬泛的溫度和壓力波動等因素。 第五章 氣體分離膜材料的工業應用與發展趨勢 本章將梳理當前氣體分離膜技術在各行業的成功應用案例，並展望未來的發展方嚮和技術挑戰。 5.1 膜法製氮技術 5.1.1 原理與優勢： 詳細講解基於壓力和溫度驅動的氮氣製備原理，突齣其操作簡單、能耗低、設備緊湊的優點。 5.1.2 材料選擇與性能要求： 分析常用聚閤物（如聚碸、聚酰亞胺）的特性，以及對高純度氮氣需求下的膜材料改進方嚮。 5.1.3 工業應用案例： 介紹在食品包裝、電子製造、化工保護、醫療等領域的實際應用。 5.2 膜法製氫與氫氣純化 5.2.1 膜材料： 重點介紹鈀基閤金膜、陶瓷膜（沸石、MOFs）在氫氣分離中的應用。 5.2.2 應用場景： 分析其在閤成氣純化、氨分解製氫、生物質氣化製氫、核電站氫氣迴收等領域的潛力。 5.2.3 技術挑戰： 討論氫氣脆化、高溫高壓下的膜穩定性、以及與CO等雜質的兼容性。 5.3 CO2捕集與分離技術 5.3.1 CO2捕集技術： 煙氣CO2捕集： 介紹基於聚閤物膜、金屬有機框架（MOFs）膜、沸石膜等從工業排放煙氣中分離CO2的技術，以及其與傳統吸收法的對比。 天然氣/沼氣提純： 分析膜法在提高天然氣熱值、迴收沼氣中的CO2以生産生物甲烷中的應用。 5.3.2 材料設計與性能： 重點討論具有高CO2滲透性和CO2/N2、CO2/CH4選擇性的材料開發。 5.3.3 挑戰與前景： 分析膜法CO2捕集麵臨的成本、能耗、長期穩定性等挑戰，以及其在應對氣候變化中的巨大潛力。 5.4 VOCs迴收與空氣淨化 5.4.1 VOCs迴收： 介紹使用聚閤物膜從工業廢氣中迴收苯、甲苯、醇類、酮類等揮發性有機化閤物的技術，實現資源再利用和環境治理。 5.4.2 空氣淨化： 探討膜技術在去除空氣中的有害氣體（如SO2, NOx）和微量汙染物中的應用。 5.4.3 材料選擇： 分析針對不同VOCs分子的選擇性吸附和傳輸特性，開發高效率的迴收膜。 5.5 其他應用領域 5.5.1 氦氣迴收： 介紹基於高滲透性聚閤物膜的氦氣迴收技術。 5.5.2 烯烴/烷烴分離： 探討新型聚閤物膜、MOFs膜在烯烴/烷烴分離中的突破性進展。 5.5.3 工業氣體分離： 簡要介紹在煤化工、石油煉製等領域中的其他潛在應用。 5.6 氣體分離膜技術的未來發展趨勢 5.6.1 高效、高選擇性材料的突破： 持續開發具有更優滲透通量和選擇性耦閤性能的新型聚閤物、無機材料及復閤材料。 5.6.2 智能膜材料： 探索響應外部刺激（如溫度、壓力、電場）而改變分離性能的智能膜材料。 5.6.3 膜組件集成與係統優化： 緻力於膜組件的設計創新，實現膜分離過程的模塊化、集成化，降低能耗和成本。 5.6.4 規模化生産與成本控製： 攻剋膜材料和膜組件的規模化生産技術，降低製造成本，提高市場競爭力。 5.6.5 模擬與計算科學的結閤： 利用分子動力學模擬、量子化學計算等手段，深入理解氣體傳輸機製，加速材料設計與篩選。 5.6.6 循環經濟與可持續發展： 推動膜技術在資源循環利用、環境修復等領域的應用，為構建綠色經濟貢獻力量。 結語 氣體分離膜材料科學是一個充滿活力和挑戰的交叉學科領域。本書的編寫，旨在為廣大科研工作者、工程師、研究生及相關領域的從業人員，提供一個係統、深入的學習和參考平颱。我們深信，隨著科學技術的不斷進步，對氣體分離膜材料的深入理解和創新應用，必將為解決能源、環境等全球性挑戰提供關鍵性的解決方案。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直就是一本氣體分離領域的百科全書！我之前涉獵過一些與氣體分離相關的文獻，但總覺得零散不成體係。而《氣體分離膜材料科學》恰恰彌補瞭這一遺憾。它從基礎概念到高級應用，幾乎無所不包。我非常喜歡書中對各種膜分離技術分類的清晰度，以及對每種技術優缺點的客觀評價。無論是蒸氣滲透、擴散滲透還是吸附分離，書中都給齣瞭詳盡的解釋和大量的實例。尤其值得一提的是，書中對不同氣體對的Separation factor（分離因子）和Permeability（滲透性）的分析，讓我能夠直觀地理解不同材料在分離特定氣體組閤時的錶現。此外，書中還探討瞭膜的長期穩定性和抗汙染性等關鍵問題，這對於工業應用至關重要。它不僅為我提供瞭理論知識，更給瞭我實用的指導。我感覺自己現在就像擁有瞭一份寶貴的“工具箱”，可以根據不同的需求，選擇最閤適的膜材料和技術。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直就是為我這樣的初學者量身打造的！我之前對氣體分離膜完全沒有概念，感覺它是一個非常高深的領域。但是，《氣體分離膜材料科學》用一種非常友好的方式，一步步地引導我進入瞭這個世界。開篇就用通俗易懂的比喻解釋瞭膜分離的基本原理，讓我不再覺得晦澀難懂。隨後，作者非常有條理地介紹瞭各種常用膜材料的製備方法和錶徵技術。那些關於膜的形貌、孔徑分布、錶麵化學性質的描述，雖然專業，但結閤圖示和錶格，我都能理解其中的奧妙。我尤其欣賞書中關於“選擇性”和“通量”這對矛盾統一體的深入探討，這讓我深刻理解瞭在實際應用中需要進行的權衡和優化。書中的一些實驗設計和數據分析方法，也給我提供瞭很多啓發，讓我在思考問題時，能夠從更科學的角度齣發。讀完這本書，我不再畏懼這個領域，反而充滿瞭探索的興趣，甚至開始考慮自己是否可以嘗試一些小型的實驗。

評分☆☆☆☆☆

哇，這本《氣體分離膜材料科學》真是讓我大開眼界！作為一名對環保技術和工業應用有著濃厚興趣的讀者，我一直都在尋找能夠深入理解氣體分離前沿技術的書籍，而這本絕對滿足瞭我所有的期待。它不僅僅是關於材料的堆砌，更重要的是，它將復雜的材料科學原理巧妙地與氣體分離的實際應用聯係起來。我特彆喜歡書中對不同類型膜材料的分類和介紹，從聚閤物膜到無機膜，再到混閤基質膜，每一個章節都像是一次細緻入微的探索。作者用極其清晰易懂的語言，闡述瞭這些材料在分子尺度上的結構、性能以及它們如何影響分離效果。那些關於滲透、選擇性和通量的詳細分析，讓我對膜分離過程有瞭全新的認識。而且，書中引用的案例和研究成果，都非常有代錶性，讓我能直觀地感受到這些材料在實際工業中的巨大潛力，比如在空氣分離、天然氣淨化、碳捕獲等領域的應用，都描述得非常生動。讀完這本書，我感覺自己仿佛站在瞭氣體分離技術的最前沿，對未來的發展方嚮也更加明晰瞭。

評分☆☆☆☆☆

《氣體分離膜材料科學》這本書，絕對是我近年來閱讀過的最具有啓發性的技術類書籍之一！它不僅僅是知識的羅網，更是思維的火花。我尤其贊賞書中關於“材料設計”與“分離性能”之間辯證關係的深入剖析。作者並沒有停留在簡單介紹材料本身，而是深入挖掘瞭材料的微觀結構如何決定宏觀性能，以及如何通過調控材料的分子設計來優化分離效果。例如，在討論高分子膜時，書中詳細闡述瞭鏈結構、交聯度、玻璃化轉變溫度等因素對氣體滲透性和選擇性的影響，這讓我對“分子篩”的概念有瞭更深刻的理解。書中關於“缺陷”在膜性能中的作用的討論，也極具顛覆性，讓我意識到，有時候看似“不完美”的結構，反而能帶來意想不到的分離效果。此外，書中對“智能膜”和“自修復膜”等前沿概念的介紹，更是讓我看到瞭氣體分離技術的無限可能。這本書激發瞭我對材料科學與工程的全新思考，讓我不僅僅停留在“知道”，更能思考“為什麼”和“如何”。

評分☆☆☆☆☆

讀完《氣體分離膜材料科學》這本書，我感覺自己像是經曆瞭一場思維的“洗禮”。這本書不僅僅是在講述“什麼”是氣體分離膜材料，更是深入探討瞭“為什麼”這些材料能夠實現分離，以及“如何”設計和製造齣更高效、更經濟的膜材料。作者在書中對“自由體積理論”、“自由鏈段理論”等經典理論的闡述，以及它們在解釋膜分離機理中的應用，都非常到位。我特彆欣賞書中對“選擇性阻礙”和“動力學分離”兩種基本分離機製的細緻區分，這讓我對膜分離的本質有瞭更深刻的認識。書中對“缺陷工程”和“界麵設計”等策略的介紹，更是讓我看到瞭材料科學傢們在解決實際問題時所展現齣的智慧和創造力。這本書沒有迴避技術難題，而是積極探討瞭各種解決策略，這讓我對氣體分離技術的發展充滿瞭信心。它不僅是一本學術著作，更是一本激發創新思維的指南。