“十二五”国家重点出版物出版规划项目:中国战略性新兴产业——新材料（高性能分离膜材料）

   新材料之经典，膜材料之大成 

      “中国战略性新兴产业——新材料”丛书是中国材料研究学会组织编写的，被新闻出版广电总局批准为“十二五”国家重点出版物出版规划项目，并获2016年度国家出版基金资助。丛书共16分册，涵盖了新型功能材料、高性能结构材料、高性能纤维复合材料等16种重点发展的材料。本分册为《高性能分离膜材料》。本书在重新梳理分离膜材料制备与结构调控的基础上，重点论述正渗透与反渗透膜、仿生修饰膜、均孔膜、渗透汽化膜、油水分离膜、纳滤膜、锂离子电池隔膜以及燃料电池膜等一系列仍在不断发展中的高性能分离膜材料，论述它们的基本原理、制备方法、结构与性能的关系以及应用现状等，并展望其未来发展前景。本书可供新材料科研院所、高等院校、新材料产业界、政府相关部门、新材料中介咨询机构等领域的人员参考，尤其适合从事膜科学与技术的研究人员与工程技术人员、分离膜材料与工程应用领域人员参考，也可作为普通高等院校材料类专业教材。

     徐志康，浙江大学求是特聘教授，浙江大学工学部副主任，浙江省吸附分离材料与应用技术重点实验室主任，国际著名期刊“Journal of Membrane Science”编委，中国化学会理事和高分子学科委员会委员，浙江省膜学会副理事长。主要研究方向：聚合物分离膜材料的制备及其表界面工程。获省部级及以上成果4项，其中“基于表界面工程的超亲水分离膜材料基础及其在饮用水深度处理中的应用”等系列研究分别获国家科技进步二等奖和浙江省自然科学一等奖。

第1章高性能膜材料制备与结构调控1

1.1膜的概念及分类1

1.1.1膜的概念1

1.1.2膜的分类1

1.2膜用聚合物2

1.2.1膜用聚合物种类2

1.2.2膜用聚合物的选择3

1.3聚合物膜材料的制备方法3

1.3.1非溶剂致相分离法（NIPS法）4

1.3.2热致相分离法（TIPS法）7

1.3.3自组装相转化复合法（SNIPS法） 10

1.3.4其他相转化制膜方法13

1.3.5其他制膜方法13

1.4高分子膜材料的改性16

1.4.1两亲聚合物共混改性方法16

1.4.2两亲聚合物共混与表面反应相结合改性方法19

1.4.3中空纤维膜增强改性方法22

1.5膜材料制备与结构调控发展现状及趋势24

参考文献24

第２章正/反渗透膜29

2.1正/反渗透的基本原理29

2.1.1渗透现象29

2.1.2反渗透过程31

2.1.3正渗透过程32

2.2正/反渗透膜材料与膜形态35

2.2.1膜材料35

2.2.2膜形态40

2.3正/反渗透膜的性能优化45

2.3.1浓差极化现象46

2.3.2浓差极化的控制与膜设计51

2.3.3膜污染现象53

2.3.4抗污染正/反渗透膜54

2.4正/反渗透膜的应用60

2.4.1海水淡化60

2.4.2污水处理61

2.4.3盐差发电61

2.5正/反渗透膜发展趋势62

参考文献63

ⅹ高性能分离膜材料目录第3章仿生修饰膜70

3.1糖基化膜材料70

3.1.1糖基化方法71

3.1.2糖基化膜材料的应用81

3.1.3糖基化膜材料的发展前景92

3.2多巴胺仿生修饰膜93

3.2.1多巴胺氧化组装行为及其黏附机理93

3.2.2聚合物膜材料的多巴胺表面沉积改性96

3.2.3基于多巴胺涂层的二次功能化修饰99

3.2.4未来展望101

3.3仿生矿化膜102

3.3.1仿生矿化的概念与原理102

3.3.2仿生矿化膜的类型102

3.3.3常见的仿生矿化膜103

3.3.4仿生矿化膜的优势与存在的问题105

3.4仿生修饰膜发展现状及趋势106

参考文献107

第4章均孔膜119

4.1概述119

4.1.1几种均孔膜的优劣势119

4.1.2均孔膜的制备119

4.2径迹蚀刻膜121

4.2.1径迹蚀刻过程及孔形貌调控121

4.2.2纳米孔道的改性及其应用125

4.3光 刻 技 术127

4.3.1传统光刻技术127

4.3.2软刻技术128

4.4呼吸图法130

4.4.1呼吸图法简介130

4.4.2冰面制备贯通型蜂窝膜132

4.4.3其他制备方法134

4.5牺牲模板法134

4.5.1胶体晶体法135

4.5.2乳液模板法137

4.5.3生物模板法138

4.6自组装膜140

4.6.1嵌段共聚物微相分离140

4.6.2粒子、超分子及凝胶自组装144

4.7碳纳米管和石墨烯膜148

4.7.1碳纳米管膜149

4.7.2石墨烯膜152

4.8均孔膜发展现状及趋势157

参考文献157

第5章新型渗透汽化膜材料177

5.1渗透汽化原理及分离体系177

5.1.1渗透汽化原理177

5.1.2渗透汽化分离体系179

5.2渗透汽化分离膜材料的选择179

5.2.1一般原则179

5.2.2极性相似和溶剂化原则180

5.2.3溶度参数原则180

5.2.4亲水疏水原则181

5.3有机溶剂脱水膜材料181

5.3.1天然高分子类181

5.3.2合成高分子类184

5.3.3聚电解质络合物类188

5.3.4有机无机杂化膜材料197

5.4水中脱除有机物膜材料200

5.4.1含硅聚合物201

5.4.2含氟类聚合物204

5.4.3其他类205

5.5有机物有机物分离膜材料206

5.5.1含硅聚合物206

5.5.2聚酰胺和聚酰亚胺206

5.5.3聚氨酯208

5.5.4天然高分子209

5.5.5其他209

参考文献215

高性能分离膜材料目录ⅹⅲ第6章油水分离膜231

6.1含油废水与油水分离231

6.2膜法油水分离的基本原理232

6.2.1分离膜材料的表面浸润性232

6.2.2破乳现象238

6.2.3油水分离过程中的膜污染241

6.2.4油水分离膜的仿生设计241

6.3常见的油水分离膜243

6.3.1聚合物基分离膜243

6.3.2陶瓷膜249

6.3.3有机无机复合膜250

6.3.4基于筛网结构的油水分离材料251

6.3.5非传统油水分离膜253

6.4特殊类型油水分离膜256

6.4.1催化功能油水分离膜256

6.4.2刺激响应型油水分离膜257

6.4.3双亲性油水分离膜258

6.4.4非对称浸润型油水分离膜259

6.5油水分离膜发展现状及趋势259

参考文献261

第7章纳滤膜266

7.1概述266

7.1.1纳滤技术的发展266

7.1.2纳滤膜的特点及其分离机理268

7.2纳滤膜的种类及其制备方法269

7.2.1有机高分子纳滤膜269

7.2.2聚酰胺纳滤膜273

7.2.3纳米杂化纳滤膜279

7.2.4新型“离子对”结构聚电解质纳滤膜285

7.2.5新型有机高分子纳滤膜291

7.2.6新型无机纳滤膜295

7.3纳滤膜的应用297

7.3.1无机盐的分离297

7.3.2有机物和无机盐的分离298

7.3.3有机物的分离299

7.4纳滤膜发展现状及趋势 300

参考文献301

第8章锂离子电池隔膜318

8.1二次电池与隔膜材料简介318

8.2锂离子电池工作原理及隔膜的作用319

8.3聚烯烃隔膜材料的制备321

8.4聚烯烃隔膜的改性323

8.4.1表面聚合物涂层改性323

8.4.2表面无机涂层改性326

8.4.3表面接枝改性327

8.4.4聚烯烃隔膜的共混改性328

8.5无纺布隔膜330

8.6聚合物电解质隔膜334

8.6.1全固态聚合物电解质隔膜335

8.6.2凝胶聚合物电解质隔膜341

8.6.3多孔型聚合物电解质隔膜341

参考文献344

第9章燃料电池膜354

9.1燃料电池简介354

9.2全氟质子交换膜及其改性355

9.2.1Nafion的结构模型和质子传导机理355

9.2.2简单物理及化学处理的全氟质子交换膜357

9.2.3多孔材料增强的全氟质子交换膜359

9.2.4无机粒子掺杂的全氟质子交换膜360

9.3部分含氟质子交换膜365

9.4非氟质子交换膜369

9.4.1改性商品芳香聚合物膜369

9.4.2新型磺化芳香聚合物膜370

9.4.3聚膦腈基质子交换膜374

9.4.4聚苯并咪唑/磷酸掺杂膜375

9.5阴离子交换膜376

参考文献380

“中国战略性新兴产业——新材料”丛书是中国材料研究学会组织编写的，被新闻出版广电总局批准为“十二五”国家重点出版物出版规划项目并获2016年度国家出版基金资助。

根据国务院《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，新材料被列为我国战略性新兴产业之一。本丛书定位为：从战略性新兴产业的高度，着重论述该类新材料在国民经济和国防建设重大工程和项目中的地位和作用、技术基础、新研究成果、应用领域及发展前景。其特点在于体现一个“新”字，即在遵守国家有关保密规定的前提下论述当代新材料的先进的工艺和重要的性能。它代表当代全球新材料发展主流，对实现可持续发展具有重要的现实意义和深远的指导意义。丛书共16分册，涵盖了新型功能材料、高性能结构材料、高性能纤维复合材料等16种重点发展的材料。本分册为《高性能分离膜材料》。

膜分离技术是一类高效的分离技术，与传统的分离技术相比，膜分离具有效率高、能耗低、所需空间小、过程简单、易放大与自控、操作方便、不污染环境、便于与其他技术集成等突出优点。膜分离技术的核心是高性能分离膜材料。自20世纪60年代以来，分离膜材料与膜分离技术的研究得到了世界各国的高度重视，成为实现经济可持续发展战略的重要组成部分。尤其是在当今世界能源长期短缺、水资源日益匮乏、环境污染越发严重、人类健康叠遇挑战的情况下，高性能分离膜材料在新能源电池、清洁生产、气体分离、海水淡化、污水处理、饮用水净化、医疗健康等一系列领域得到了广泛的应用与长足发展。与此相对应，有关分离膜材料与膜分离技术的著作与书籍日益增多。笔者有幸十年前曾参与《高分子膜材料》（化学工业出版社）一书的编著，对微滤、超滤、气体分离等已得到广泛应用的高分子分离膜材料进行了较为全面的介绍，还着重阐述了高分子分离膜材料的一些共性问题及其研究进展，包括高分子分离膜材料制备的常用方法和技术、高分子分离膜材料制备过程中的多层次结构控制及其热力学与动力学研究、高分子分离膜材料的表面修饰与改性、膜分离传质过程与机理等。十年来，社会经济可持续发展的强大需求和科学技术自身的不断发展，使得分离膜材料和膜分离技术也日新月异。面向21世纪，一些传统的分离膜材料实现了功能化与高性能化，一系列新的分离膜材料也逐步成为本领域关注的热点。本书旨在重新梳理高性能分离膜材料制备与结构调控的基础上，重点论述正渗透与反渗透膜、纳滤膜、渗透汽化膜、仿生修饰膜、均孔膜、油水分离膜、锂离子电池隔膜及燃料电池膜等一系列仍在不断发展中的分离膜材料，论述它们的基本原理、制备方法、结构与性能的关系及应用现状等，并展望其未来发展前景。本书适合作为从事膜科学与技术的研究人员和工程技术人员参考。

本书第1章由朱利平、徐志康编著，第2章由吴青芸、徐志康编著，第3章由胡梦欣、杨浩程、徐志康编著，第4章由欧洋、万灵书、徐志康编著，第5章由安全福编著，第6章由杨浩程、徐志康编著，第7章由计艳丽、安全福、徐志康编著，第8章由张宏、朱宝库编著，第9章由张宏伟、朱宝库编著。全书由徐志康、万灵书、朱利平统稿定稿。

在本书编著过程中，得到了国家自然科学基金委(50933006)和浙江省自然科学基金委(LZ15E030001)的大力支持，“浙江省吸附分离材料与应用技术重点实验室”和“膜与水处理技术*工程研究中心”的研究生对本书的完成做了大量的工作，在此一并表示感谢！