无机膜与膜反应器

第一章绪论/1

第一节膜技术简介 1

一、膜材料 1

二、膜过程 2

三、膜应用 2

第二节膜反应器技术简介 3

一、膜反应器的发展 3

二、膜反应器的分类 5

第三节无机膜反应器的研究进展 6

一、液相催化无机膜反应器 6

二、气相催化无机膜反应器 7

三、无机膜生物反应器 7

第四节应用前景与展望 8

参考文献 10

第二章面向液相反应的陶瓷膜设计与制备/11

第一节引言 11

第二节陶瓷膜的设计方法 12

一、模型思路 13

二、模型建立 17

三、颗粒受力分析 20

四、分离过程计算 21

五、操作条件的优化 22

第三节陶瓷膜的制备技术 24

一、陶瓷膜厚度的定量控制 24

二、陶瓷膜孔结构的定量控制 26

三、陶瓷膜表面性质的控制 49

四、陶瓷膜构型的控制 53

第四节陶瓷膜材料的稳定性 58

一、化学稳定性 59

二、热稳定性 59

三、机械稳定性 60

第五节陶瓷膜污染控制方法 61

第六节结语 61

参考文献 62

第三章液相陶瓷膜反应器的设计与优化/67

第一节引言 67

第二节浸没式膜反应器的设计 68

一、数学模型的建立 68

二、CFD模拟参数 71

三、浸没式膜反应器的流场及流动特性 72

第三节气升式膜反应器的设计 78

一、气升式膜反应器的数值模拟 78

二、双环流气升式膜反应器的数值模拟 85

三、膜通道内的气液两相流模拟 91

第四节液相膜反应器的优化设计 93

一、数学模型 93

二、模型的验证和优化 95

第五节结语 99

参考文献 100

第四章陶瓷膜反应器在加氢反应中的应用/103

第一节引言 103

第二节骨架镍催化对硝基苯酚制对氨基苯酚 104

一、膜孔径的选择 104

二、操作条件对膜通量的影响 105

三、膜过滤成套装置的建设与运行 107

第三节纳米镍催化对硝基苯酚制对氨基苯酚 109

一、纳米镍催化剂的合成及批量制备 109

二、纳米镍催化-膜分离耦合过程研究 112

三、膜污染机理及控制方法 123

四、中试装置的建设与运行 133

第四节结语 135

参考文献 135

第五章陶瓷膜反应器在羟基化反应中的应用/139

第一节引言 139

第二节外置式膜反应器在苯酚羟基化反应中的应用 140

一、外置式膜反应器系统的设计 140

二、TS-1催化苯酚羟基化反应操作过程 140

三、苯酚羟基化反应-膜分离耦合过程规律研究 142

四、膜污染机理及膜清洗策略 148

第三节浸没式膜反应器在苯酚羟基化反应中的应用 157

一、浸没式膜反应器系统的设计 157

二、TS-1催化苯酚羟基化反应操作过程 158

三、苯酚羟基化反应-膜分离耦合过程规律研究 159

四、间歇反应与连续反应过程的比较 164

第四节双膜式膜反应器在苯酚羟基化反应中的应用 165

一、双膜式膜反应器装置流程 166

二、双膜式膜反应器的操作方法 166

三、陶瓷膜孔径的影响 167

四、双膜式膜反应器的操作条件优化 167

五、双膜式膜反应器的运行稳定性 171

第五节陶瓷膜反应器在苯酚羟基化反应中的工业应用 175

一、工艺流程 175

二、运行稳定性 176

第六节结语 178

参考文献 178

第六章陶瓷膜反应器在氨肟化反应中的应用/181

第一节引言 181

第二节一体式膜反应器在丙酮氨肟化反应中的应用 182

一、一体式膜反应器系统的操作方法 182

二、TS-1催化丙酮氨肟化制丙酮肟 183

三、丙酮氨肟化反应-膜分离耦合过程规律 187

四、一体式膜反应器运行稳定性 193

第三节膜分布反应器在氨肟化反应中的应用 197

一、膜分布反应器的流程 198

二、丁酮氨肟化制丁酮肟反应条件 199

三、环己酮氨肟化制环己酮肟反应条件 204

四、膜分布器稳定性 209

五、催化剂失活机理及再生 210

第四节气升式双膜反应器在氨肟化反应中的应用 219

一、气升式双膜反应器的工艺流程 219

二、气升式双膜反应器的操作方法 220

三、气升式双膜反应器中反应-膜分离耦合规律 221

第五节陶瓷膜反应器在环己酮氨肟化反应中的工业应用 229

一、环己酮氨肟化工艺流程 229

二、陶瓷膜污染机理分析 230

三、膜再生方法 234

四、二氧化硅颗粒协同控制方法 239

五、陶瓷膜反应器工业装置 244

第六节结语 245

参考文献 245

第七章陶瓷膜反应器在沉淀反应中的应用/251

第一节引言 251

第二节盐水体系沉淀反应 252

一、沉淀溶解平衡模型的构建 252

二、盐水精制反应时间的确定 258

三、操作条件对沉淀反应的影响 260

四、精制反应条件的确定 263

第三节盐水体系的陶瓷膜过滤性能 265

一、Cl-型饱和盐水体系膜过滤性能优化 265

二、SO42-型饱和卤水体系膜过滤性能优化 269

第四节化学沉淀-陶瓷膜分离耦合连续精制盐水 271

一、陶瓷膜反应器的设计及连续盐水精制 271

二、沉淀反应-膜分离耦合工艺连续精制盐水 272

三、膜污染机理及膜清洗 275

第五节陶瓷膜反应器在精制盐水中的工业应用 279

一、盐水精制工艺的比较 279

二、工业运行中的膜污染及再生方法 280

三、工业运行结果 292

四、经济性分析 292

第六节结语 294

参考文献 294

第八章陶瓷膜反应器用于微纳粉体的制备/296

第一节引言 296

第二节陶瓷膜集成湿化学法制备超细粉体 297

一、超细粉体制备工艺流程 297

二、反应条件对超细粉体颗粒粒径的影响 298

三、膜洗涤过程对颗粒表面电位及颗粒粒径的影响 302

四、陶瓷膜集成湿化学法在超细粉体制备中的工程应用 305

第三节陶瓷膜二次射流乳化法制备微纳粉体 306

一、多孔氧化物的制备 307

二、聚合物微球的制备 311

第四节膜分散技术制备微纳粉体 315

一、超细碳酸锌的制备 316

二、超细氯化亚铜的制备 321

三、超细氧化亚铜的制备 327

第五节结语 336

参考文献 336

第九章气相催化无机膜反应器/339

第一节引言 339

第二节分子筛催化膜反应器 339

一、Silicalite-1分子筛膜与间二甲苯异构化反应 340

二、MFI分子筛膜与高温水煤气变换反应 345

三、Au-Zr/FAU催化膜与CO选择性氧化反应 355

第三节碳化硅催化膜反应器 363

一、碳化硅催化膜的制备 364

二、碳化硅催化膜用于大气中VOCs的降解 373

三、催化膜的粉尘脱除性能 380

四、催化膜协同脱除性能 382

第四节钙钛矿膜反应器 384

一、混合导体氧渗透膜的制备 385

二、甲烷部分氧化膜反应过程 387

三、二氧化碳分解耦合甲烷部分氧化膜反应研究 392

第五节结语 404

参考文献 404

第十章无机膜生物反应器/409

第一节引言 409

第二节陶瓷膜生物反应器用于废水处理 410

一、膜材质及膜孔径对膜生物反应器的影响 410

二、陶瓷膜构型对膜生物反应器的影响 412

三、膜污染控制及污染膜清洗策略 416

第三节膜法生物发酵制燃料乙醇 418

一、发酵-渗透汽化耦合制燃料乙醇工艺 418

二、气升式膜生物反应器用于发酵法制燃料乙醇 427

第四节膜法生物发酵制乳酸 432

一、发酵法乳酸生产工艺 432

二、膜法乳酸生产新工艺 433

第五节结语 442

参考文献 442

索引 446

邢卫红，女，1968年12月生，博士，二级教授，博士生导师，国家杰出青年基金项目获得者，何梁何利科学与技术创新奖获得者，南京工业大学副校长，国家特种分离膜工程中心主任。获得包括国家技术发明二等奖、国家科技进步二等奖和江苏省科学技术一等奖等在内的21项国家和省部级奖项，发表SCI论文201篇，申请发明专利179项（授权发明专利104项，美国专利3项），其中PCT 9项。兼任“十三五”大气污染成因与治理重点专项专家组专家、“十二五”国家科技重点专项（高性能膜材料专项）专家组专家、“十二五”863计划新材料技术领域“高性能膜材料的规模化关键技术”重大项目总体专家组专家、中国膜工业协会副理事长、中国化工学会化工过程强化专业委员会副主任委员、中国石油和化学工业联合会专家委员会委员、全国分离膜标准化技术委员会副主任委员、中国海水淡化与水再利用学会理事会副理事长等。获得中国石油和化学工业联合会赵永镐科技创新奖、中国化工学会会士等荣誉。2100433B

《无机膜与膜反应器》是《化工过程强化关键技术丛书》的一个分册。

膜技术已广泛应用于资源、能源、环境和传统产业改造等领域，成为节能减排的共性技术之一。无机膜具有耐高温、化学稳定性好等优点，特别适用于过程工业物质高效分离。膜反应器是将反应过程与膜分离过程耦合在一起，具有节省投资、降低能耗、提高产品收率等优势。

《无机膜与膜反应器》在介绍无机膜技术与膜反应器进展的基础上，着重阐述了面向液相反应过程进行陶瓷膜材料设计与制备方法；以加氢、氧化、沉淀等反应为例，给出了不同类型的液相催化膜反应器及其工程化应用结果；针对气相反应过程，主要介绍了几种气体分离无机膜的制备方法及其应用研究；简要介绍了无机膜生物反应器及其应用，并且探讨了无机膜反应器未来发展方向。

《无机膜与膜反应器》凝结了南京工业大学膜科学技术研究所在无机膜与膜反应器领域20多年的研究经验以及国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划（973）、国家高技术研究发展计划（863）、国家科技支撑计划、国家重点研发计划等项目成果，提供了大量基础研究和工程应用数据，可供高等院校、研究院所化学、化工、材料、环境等相关专业的本科生、研究生作教材使用，也可供相关领域企业科技工作人员参考。

内容介绍

本书在介绍无机膜分离技术的基本知识、基本原理的基础上，突出无机膜的应用过程，着重介绍无机膜分离技术的工艺过程、应用领域、应用实例以及研究进展情况。

本书共分为10章。第1～3章介绍了无机膜的分类与结构、性质与性能表征以及制备方法等；第4、第5章介绍了无机膜的工业化应用现状及应用研究；第6～9章则列举了无机膜在环保、食品工业、生化与制药工业等领域的应用实例；第10章阐述了无机膜催化反应器。

本书可供无机膜研究领域，开发应用领域的技术人员阅读，也可供院校师生参考。

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污水成分复杂而且危害性大，已经成为我国污水处理重点项目。随着水处理技术的不断提升、废水处理设备不断完善，人们把单一的活性污泥法、曝气法和生物接触氧化法等工艺融为一体，使其污水处理效果更佳。复合生物反应器是将生物滤池与移动床生物膜反应器相结合，其性能优势更为突出。

复合生物反应器对医院污水处理的效果

该工艺可以对污水处理和除臭同时进行。它的进水方式可以分为两种：一种是保证连续进水，另一种是间歇进水。这两种进水方式辅助生物反应器同时处理污水并脱臭，使其最终处理效果显著。

该工艺对污水除臭起到了很大作用，它的除臭工艺简单且效果显出。复合生物反应器与其他污水处理设备相结合，降低污水处理难度，从而改善周边环境，有效遏制病菌的传播。随着医疗技术的不断提高，新型药剂的产生将继续加大污水处理难度，所以水处理技术仍需随之提升，满足时代发展需求。2100433B

无机膜真空过滤机过滤介质利用纳米陶瓷技术：在真空力的作用下，只能让水通过，空气和颗粒无法通过，保证无真空损失的原理，最大限度利用真空力，实现过滤机低能耗和过滤液的低含固量。