高效纳米纤维水净化膜

作者的研究成果展

纳米纤维水净化膜前沿技术介绍

《高效纳米纤维水净化膜》首先介绍了膜科学与技术的发展历程，接着以静电纺纳米纤维为主体，研究其独特的宏观-微观特性对于水净化膜的净化效率的贡献。与超细多糖纳米纤维相结合，制备出微滤、超滤、纳滤、反渗透、正渗透、蒸馏膜等一系列纳米纤维复合膜，并应用于水净化的各个领域，为读者深入了解纳米纤维的特性与水净化效率的构效关系提供理论线索和实验支持，为未来水净化膜的研究和产业化指明了新的发展方向。

本书适合从事相关工作的高校与研究所的科学工作者以及大专院校的学生，也可供相关公司的研发人员参考。

马洪洋，北京化工大学，教授，2005年以前从事高分子活性自由基聚合反应在离子液体体系研究以及抗癌药物的合成；2005到2006年在美国纽约州立大学石溪分校化学系研究碳纳米管对超高分子量聚乙烯和特氟龙材料的增韧增塑改性；2007年至2014年则主要进行高通量纳米纤维水净化膜的研究和开发。发表SCI论文30余篇 （被引用超过400次），撰写英文书籍章节3章，申请美国专利7项，其中3项已授权。现担任The Open Surface Science Journal、The Open
Conference Proceedings journal和Journal of Modern
Textile Science and Engineering 国际学术期刊的编委及Macromolecules
等30个国际学术期刊的审稿人。自2015年1月入北京化工大学工作。

第1章  绪论 / 001

1.1膜科学与技术的发展历程 / 002

1.1.1膜的历史 / 002

1.1.2微滤膜 / 004

1.1.3超滤膜 / 005

1.1.4反渗透膜(纳滤/反渗透) / 006

1.1.5正渗透膜 / 010

1.1.6蒸馏膜 / 011

1.2膜科学与技术发展的瓶颈问题 / 012

第2章  静电纺纳米纤维科学与技术 / 015

2.1静电纺纳米纤维科学与技术的发展状况 / 015

2.1.1静电纺纳米技术的发展简史 / 018

2.1.2单喷头静电纺丝技术 / 018

2.1.3静电吹丝技术 / 019

2.1.4双喷射静电纺丝 / 020

2.1.5多喷射静电纺丝 / 022

2.1.6电纺技术当前商业状况 / 023

2.2静电纺纳米纤维膜的结构特点 / 024

2.2.1孔隙率 / 025

2.2.2孔径大小 / 028

2.2.3比表面积 / 030

2.2.4孔隙几何形状 / 031

2.2.5机械性能 / 033

2.2.6材料 / 035

第3章  静电纺纳米纤维过滤层 / 038

3.1微滤膜的过滤层 / 041

3.1.1筛分效应 / 043

3.1.2吸附作用 / 046

3.2超细多糖纳米纤维 / 055

3.2.1超细多糖纳米纤维的制备 / 056

3.2.2超细多糖纳米纤维的性质 / 061

3.2.3超细多糖纳米纤维的应用 / 063

3.3蒸馏膜 / 069

第4章  静电纺纳米纤维支持层 / 075

4.1超滤膜 / 075

4.1.1聚乙烯醇超滤膜 / 078

4.1.2再生纤维素/甲壳素超滤膜 / 083

4.1.3超细纤维素/甲壳素纳米纤维超滤膜 / 092

4.2纳滤膜 / 102

4.3反渗透膜 / 111

4.4其他膜 / 116

第5章  结论和展望 / 119

参考文献 / 121

众所周知，纳米纤维是纳米尺寸的新型高分子材料，被广泛用于科学技术的各个领域，是未来材料科学的主要研究和发展对象之一。纳米纤维是一类具有迷人性质的材料，一方面纳米纤维具有微米甚至毫米以上的长度，表现出材料的宏观性质；另一方面纳米纤维具有亚微米甚至纳米尺寸的直径，表现出材料的微观性质，因此，纳米纤维同时具有高分子材料的宏观性质与微观性质。静电纺纳米纤维正是纳米纤维材料的典型代表，其独特的性质给材料科学与技术领域带来新的机遇与挑战。作为纳米纤维的另一个代表就是超细多糖纳米纤维，该纤维不仅具有纳米尺寸效应，更具有表面多功能化的特点，弥补了静电纺纳米纤维的不足；与静电纺纳米纤维有机结合，创造出具有全新的结构和性质的纳米纤维复合材料，其典型的应用就是用于污水净化与海水淡化的各种水净化膜。

本书是笔者在美国Stony Brook University化学系，在Benjamin S. Hsiao与Benjamin Chu两位教授的课题组多年研究的成果总结与升华；也包括回国后在国家自然科学基金等资助下的若干研究成果。这些研究成果发表在Biomacromolecules，Journal of Materials
Chemistry，ACS Macro Letters，Journal
of Membrane Science等相关国际期刊上。书中的插图和表格分别来自于作者的研究数据和结果模拟，并提供了相关的参考文献。

全书共分为5章，从膜的起源讲到膜的种类，进而以静电纺纳米纤维作为主体，研究其独特的宏观-微观特性对于水净化膜的净化效率的贡献。与超细多糖纳米纤维相结合，制备出微滤、超滤、纳滤、反渗透、正渗透、蒸馏膜等一系列纳米纤维复合膜，并应用于水净化的各个领域，为读者深入了解纳米纤维的特性与水净化效率的构效关系提供理论线索和实验支持，为未来水净化膜的研究和产业化指明了新的发展方向。

感谢中国国家自然科学基金（51673011）、北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室（oil-201503004）和中央高校基本科研业务费（buctrc201501）的财政支持。衷心感谢Stony Brook University的Benjamin S. Hsiao和Benjamin Chu两位教授的合作以及相关基金的支持。感谢笔者课题组的诸位研究生的帮助，感谢所有为本书出版做出贡献的同仁们。

由于笔者学识有限，所撰写的内容亦是膜科学与技术发展的前沿问题，因此，书中的疏漏与不妥之处在所难免，敬请广大读者批评指正，笔者衷心感谢。

马洪洋

2018年10月