Membrane Technology: in the Chemical Industry
Membrane Technology: in the Chemical Industry
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10.1002/3527608788
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发表时间：
2001-07
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第一部分：膜材料和膜制备（S. P. Nunes 和 K.-V. Peinemann）。 1 简介。 2 膜市场。 3 膜制备。 3.1 相转化。 4 目前可用的液体分离膜。 4.1 反渗透膜。 4.2 纳滤膜。 4.2.1 用于纳滤的耐溶剂膜。 4.2.2 NF 膜在极端 pH 条件下保持稳定。 4.3 超滤膜。 4.3.1 聚砜和聚醚砜。 4.3.2 聚偏二氟乙烯。 4.3.3 聚醚酰亚胺。 4.3.4 聚丙烯腈。 4.3.5 纤维素。 4.3.6 超滤用耐溶剂膜。 4.4 微滤膜。 4.4.1 聚丙烯和聚乙烯。 4.4.2 聚四氟乙烯。 4.4.3 聚碳酸酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯。 5 膜的表面改性。 5.1 化学氧化。 5.2 等离子体处理。 5.3 经典有机反应。 5.4 聚合物接枝。 6 燃料电池膜。 6.1 全氟膜。 6.2 非氟化膜。 6.3 高温聚合物膜。 6.4 燃料电池的有机-无机膜。 7 用膜进行气体分离。 7.1 简介。 7.2 材料和运输机制。 7.2.1 有机聚合物。 7.2.2 背景。 7.2.3 用于商业气体分离膜的聚合物。 7.2.4 超高自由体积聚合物。 7.2.5 用于气体分离膜的无机材料。 7.2.6 碳膜。 7.2.7 用于空气分离的钙钛矿型氧化物膜。 7.2.8 混合基质膜。 7.3 基本流程设计。致谢。参考。第二部分：当前应用和前景。 1 通过膜从气流中分离有机蒸气（K. Ohlrogge 和 K. Sturken）。概括。 1.1 简介。 1.2 历史背景。 1.3 用于有机蒸气分离的膜。 1.3.1 原则。 1.3.2 选择性。 1.3.3 温度和压力。 1.3.4 膜模块。 1.4 应用。 1.4.1 设计标准。 1.4.2 废气和工艺气体处理。 1.4.2.1 汽油蒸气回收。 1.4.2.2 聚烯烃生产工艺。 1.5 商业化门槛上的应用。 1.5.1 加油站的排放控制。 1.5.2 天然气处理。 1.5.3 氢/碳氢化合物分离。 1.6 结论与展望。参考。 2 气体分离膜应用 (D. J. Stookey)。 2.1 简介。 2.2 膜应用开发。 2.2.1 膜的选择。 2.2.2 膜形式。 2.2.3 膜模块几何形状。 2.2.4 兼容的密封材料。 2.2.5 模块制造。 2.2.6 试点或现场示范。 2.2.7 工艺设计。 2.2.8 膜系统。 2.2.9 测试版网站。 2.2.10 成本/性能。 2.3 商业气体分离膜应用。 2.3.1 氢气分离。 2.3.2 氦气分离。 2.3.3 氮气的产生。 2.3.4 酸性气体分离。 2.3.5 气体脱水。 2.4 开发膜应用。 2.4.1 氧气和富氧空气。 2.4.2 天然气脱氮。 2.4.3 富氮空气（NEA）。参考。 3 化学工业中最先进的渗透蒸发工艺（H.E. A. Bruschke）。 3.1 简介。 3.2 原理和计算。 3.2.1 定义。 3.2.2 计算。 3.2.3 渗透侧条件。 3.2.4 运输阻力。 3.2.5 渗透蒸发原理。 3.2.6 蒸气渗透原理。 3.3 膜。 3.3.1 膜的表征。 3.4 模块。 3.4.1 板模块。 3.4.2 螺旋缠绕模块。 3.4.3“缓冲”模块。 3.4.4 管状模块。 3.4.5 其他模块。 3.5 应用。 3.5.1 亲有机膜。 3.5.2 亲水膜。 3.5.2.1 渗透蒸发。 3.5.2.2 蒸气渗透。 3.5.3 从反应混合物中除去水。 3.5.4 有机-有机分离。 3.6 结论。参考。 4 有机溶剂纳滤（A. G. Livingston、L. G. Peeva 和 P. Silva）。概括。 4.1 当前的应用和潜力。 4.2 运输过程的理论背景。 4.2.1 孔隙流模型。 4.2.2 溶液扩散模型。 4.2.3 膜传输与传质薄膜理论相结合的模型。 4.3 溶剂混合物的运输。 4.3.1 实验。 4.3.1.1 过滤设备和实验测量。 4.3.2 二元溶剂通量的结果。 4.4 浓度极化和渗透压。 4.4.1 实验。 4.4.2 浓度极化和渗透压的结果。 4.4.2.1 参数估计。 4.4.2.2 二十二烷-甲苯溶液的纳滤。 4.4.2.3 TOABr-甲苯溶液的纳滤。 4.5 结论。命名法。希腊字母。下标。参考。 5 个工业膜反应器（M.F. Kemmere 和 J.T. F. Keurentjes）。 5.1 简介。 5.2 反应器中的膜功能5.2.1 反应物的受控引入。 5.2.2 产品分离。 5.2.3 催化剂保留。 5.3 应用。 5.3.1 全蒸发辅助酯化。 5.3.2 无机膜大规模脱氢。 5.3.3 OTM 合成气工艺。 5.3.4 用于酰化酶过程的膜回收反应器。 5.3.5 膜提取集成系统。 5.4 结束语和未来展望。参考。 6 电膜工艺（T. A. Davis、V. D. Grebenyuk 和 O. Grebenyuk）。 6.1 离子交换膜。 6.2 离子交换膜特性。 6.2.1 肿胀。 6.2.2 电导率。 6.2.3 电化学性能。 6.2.4 扩散渗透率。 6.2.5 水力渗透率。 6.2.6 渗透率。 6.2.7 电渗渗透率。 6.2.8 极化。 6.2.9 化学和辐射稳定性。 6.3 电膜工艺应用。 6.3.1 电渗析。 6.3.2 电去离子。 6.3.3 离子交换树脂的电化学再生。 6.3.4 无电极反应参与的新物质合成：双极膜应用。 6.3.5 从稀溶液中分离化学物质。 6.3.6 电渗析在化学溶液脱盐中的应用。 6.4 膜电化学处理。 6.4.1 电化学。 6.4.2 氯碱工业。 6.4.3 全氟化膜。 6.4.4 工艺条件。 6.4.5 零间隙电极配置。 6.4.6 其他电解过程。 6.4.7 燃料电池。 6.4.8 有机电合成。 6.4.9 有机废物的电化学氧化。致谢。符号列表。参考。 7 化学工业中的膜技术：未来方向（R.W. Baker）。 7.1 过去：当前膜技术的基础。 7.1.1 超薄膜。 7.1.2 膜模块。 7.1.3 膜选择性。 7.2 现状：膜行业的现状和潜力。 7.2.1 反渗透。 7.2.2 超滤。 7.2.3 微滤。 7.2.4 气体分离。 7.2.4.1 炼油厂氢气应用。 7.2.4.2 氮气（和氧气）与空气的分离。 7.2.4.3 天然气分离。 7.2.4.4 蒸气/气体、蒸气/蒸气分离。 7.2.5 渗透蒸发。 7.2.6 离子传导膜。 7.3 未来：2020 年预测。参考文献。主题索引。
Part I: Membrane Materials and Membrane Preparation (S. P. Nunes and K.-V. Peinemann). 1 Introduction. 2 Membrane Market. 3 Membrane Preparation. 3.1 Phase Inversion. 4 Presently Available Membranes for Liquid Separation. 4.1 Membranes for Reverse Osmosis. 4.2 Membranes for Nanofiltration. 4.2.1 Solvent-resistant Membranes for Nanofiltration. 4.2.2 NF Membranes Stable in Extreme pH Conditions. 4.3 Membranes for Ultrafiltration. 4.3.1 Polysulfone and Polyethersulfone. 4.3.2 Poly(vinylidene fluoride). 4.3.3 Polyetherimide. 4.3.4 Polyacrylonitrile. 4.3.5 Cellulose. 4.3.6 Solvent-resistant Membranes for Ultrafiltration. 4.4 Membranes for Microfiltration. 4.4.1 Polypropylene and Polyethylene. 4.4.2 Poly(tetrafluorethylene). 4.4.3 Polycarbonate and Poly(ethylene terephthalate). 5 Surface Modification of Membranes. 5.1 Chemical Oxidation. 5.2 Plasma Treatment. 5.3 Classical Organic Reactions. 5.4 Polymer Grafting. 6 Membranes for Fuel Cells. 6.1 Perfluorinated Membranes. 6.2 Nonfluorinated Membranes. 6.3 Polymer Membranes for High Temperatures. 6.4 Organic-Inorganic Membranes for Fuel Cells. 7 Gas Separation with Membranes. 7.1 Introduction. 7.2 Materials and Transport Mechanisms. 7.2.1 Organic Polymers. 7.2.2 Background. 7.2.3 Polymers for Commercial Gas-separation Membranes. 7.2.4 Ultrahigh Free Volume Polymers. 7.2.5 Inorganic Materials for Gas-separation Membranes. 7.2.6 Carbon Membranes. 7.2.7 Perovskite-type Oxide Membranes for Air Separation. 7.2.8 Mixed-matrix Membranes. 7.3 Basic Process Design. Acknowledgments. References. Part II: Current Application and Perspectives. 1 The Separation of Organic Vapors from Gas Streams by Means of Membranes (K. Ohlrogge and K. Sturken). Summary. 1.1 Introduction. 1.2 Historical Background. 1.3 Membranes for Organic Vapor Separation. 1.3.1 Principles. 1.3.2 Selectivity. 1.3.3 Temperature and Pressure. 1.3.4 Membrane Modules. 1.4 Applications. 1.4.1 Design Criteria. 1.4.2 Off-gas and Process Gas Treatment. 1.4.2.1 Gasoline Vapor Recovery. 1.4.2.2 Polyolefin Production Processes. 1.5 Applications at the Threshold of Commercialization. 1.5.1 Emission Control at Petrol Stations. 1.5.2 Natural Gas Treatment. 1.5.3 Hydrogen/Hydrocarbon Separation. 1.6 Conclusions and Outlook. References. 2 Gas-separation Membrane Applications (D. J. Stookey). 2.1 Introduction. 2.2 Membrane Application Development. 2.2.1 Membrane Selection. 2.2.2 Membrane Form. 2.2.3 Membrane Module Geometry. 2.2.4 Compatible Sealing Materials. 2.2.5 Module Manufacture. 2.2.6 Pilot or Field Demonstration. 2.2.7 Process Design. 2.2.8 Membrane System. 2.2.9 Beta Site. 2.2.10 Cost/Performance. 2.3 Commercial Gas-separation Membrane Applications. 2.3.1 Hydrogen Separations. 2.3.2 Helium Separations. 2.3.3 Nitrogen Generation. 2.3.4 Acid Gas-Separations. 2.3.5 Gas Dehydration. 2.4 Developing Membrane Applications. 2.4.1 Oxygen and Oxygen-enriched Air. 2.4.2 Nitrogen Rejection from Natural Gas. 2.4.3 Nitrogen-enriched Air (NEA). References. 3 State-of-the-Art of Pervaporation Processes in the Chemical Industry (H.E. A. Bruschke). 3.1 Introduction. 3.2 Principles and Calculations. 3.2.1 Definitions. 3.2.2 Calculation. 3.2.3 Permeate-side Conditions. 3.2.4 Transport Resistances. 3.2.5 Principles of Pervaporation. 3.2.6 Principles of Vapor Permeation. 3.3 Membranes. 3.3.1 Characterization of Membranes. 3.4 Modules. 3.4.1 Plate Modules. 3.4.2 Spiral-wound Modules. 3.4.3 "Cushion" Module. 3.4.4 Tubular Modules. 3.4.5 Other Modules. 3.5 Applications. 3.5.1 Organophilic Membranes. 3.5.2 Hydrophilic Membranes. 3.5.2.1 Pervaporation. 3.5.2.2 Vapor Permeation. 3.5.3 Removal of Water from Reaction Mixtures. 3.5.4 Organic-Organic Separation. 3.6 Conclusion. References. 4 Organic Solvent Nanofiltration (A. G. Livingston, L. G. Peeva and P. Silva). Summary. 4.1 Current Applications and Potential. 4.2 Theoretical Background to Transport Processes. 4.2.1 Pore-flow Model. 4.2.2 Solution-Diffusion Model. 4.2.3 Models Combining Membrane Transport with the Film Theory of Mass Transfer. 4.3 Transport of Solvent Mixtures. 4.3.1 Experimental. 4.3.1.1 Filtration Equipment and Experimental Measurements. 4.3.2 Results for Binary Solvent Fluxes. 4.4 Concentration Polarization and Osmotic Pressure. 4.4.1 Experimental. 4.4.2 Results for Concentration Polarization and Osmotic Pressure. 4.4.2.1 Parameter Estimation. 4.4.2.2 Nanofiltration of Docosane-Toluene Solutions. 4.4.2.3 Nanofiltration of TOABr-Toluene Solutions. 4.5 Conclusions. Nomenclature. Greek letters. Subscripts. References. 5 Industrial Membrane Reactors (M.F. Kemmere and J.T. F. Keurentjes). 5.1 Introduction. 5.2 Membrane Functions in Reactors. 5.2.1 Controlled Introduction of Reactants. 5.2.2 Separation of Products. 5.2.3 Catalyst Retention. 5.3 Applications. 5.3.1 Pervaporation-assisted Esterification. 5.3.2 Large-scale Dehydrogenations with Inorganic Membranes. 5.3.3 OTM Syngas Process. 5.3.4 Membrane Recycle Reactor for the Acylase Process. 5.3.5 Membrane Extraction Integrated Systems. 5.4 Concluding Remarks and Outlook to the Future. References. 6 Electromembrane Processes (T. A. Davis, V. D. Grebenyuk and O. Grebenyuk). 6.1 Ion-exchange Membranes. 6.2 Ion-exchange Membrane Properties. 6.2.1 Swelling. 6.2.2 Electrical Conductivity. 6.2.3 Electrochemical Performance. 6.2.4 Diffusion Permeability. 6.2.5 Hydraulic Permeability. 6.2.6 Osmotic Permeability. 6.2.7 Electroosmotic Permeability. 6.2.8 Polarization. 6.2.9 Chemical and Radiation Stability. 6.3 Electromembrane Process Application. 6.3.1 Electrodialysis. 6.3.2 Electrodeionization. 6.3.3 Electrochemical Regeneration of Ion-exchange Resin. 6.3.4 Synthesis of New Substances without Electrode Reaction Participation: Bipolar-membrane Applications. 6.3.5 Isolation of Chemical Substances from Dilute Solutions. 6.3.6 Electrodialysis Applications for Chemical-solution Desalination. 6.4 Electrochemical Processing with Membranes. 6.4.1 Electrochemistry. 6.4.2 Chlor-alkali Industry. 6.4.3 Perfluorinated Membranes. 6.4.4 Process Conditions. 6.4.5 Zero-gap Electrode Configurations. 6.4.6 Other Electrolytic Processes. 6.4.7 Fuel Cells. 6.4.8 Electroorganic Synthesis. 6.4.9 Electrochemical Oxidation of Organic Wastes. Acknowledgments. List of Symbols. References. 7 Membrane Technology in the Chemical Industry: Future Directions (R.W. Baker). 7.1 The Past: Basis for Current Membrane Technology. 7.1.1 Ultrathin Membranes. 7.1.2 Membrane Modules. 7.1.3 Membrane Selectivity. 7.2 The Present: Current Status and Potential of the Membrane Industry. 7.2.1 Reverse Osmosis. 7.2.2 Ultrafiltration. 7.2.3 Microfiltration. 7.2.4 Gas Separation. 7.2.4.1 Refinery Hydrogen Applications. 7.2.4.2 Nitrogen (and Oxygen) Separation from Air. 7.2.4.3 Natural Gas Separations. 7.2.4.4 Vapor/Gas, Vapor/Vapor Separations. 7.2.5 Pervaporation. 7.2.6 Ion-conducting Membranes. 7.3 The Future: Predictions for 2020. References. Subject Index.