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课程名称膜与膜过程原理

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膜与膜过程第四章浓差极化与膜污染课堂上课

膜与膜过程第四章浓差极化与膜污染课堂上课

膜污染与浓差极化有内在联系。但概念不同。
一旦膜与溶液接触，膜污染即开始。即由于膜与溶质之间 发生相互作用，产生吸附，开始改变膜的特性。
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4.5.2 影响因素
1．膜的物化性质 ➢ 1)膜的亲水性和表面张力 （溶剂化作用，
氢键相互作用）
亲水性好的膜，膜表面与水成氢键，不疏水溶质接近 膜表面时，要打破这一氢键结合，这需能量，膜耐污染； 而疏水膜表面无氢键形成，疏水溶质接近膜表面时，挤开 水是一熵增大过程，易进行，则膜易被污染。
4.4.2 膜清洗方法和效果
➢ 物理法：主要有高流速水冲洗，气水反冲洗，海绵球机械 清洗，抽吸清洗，电脉冲清洗等。
➢ 化学法：主要有酸、碱、表面活性剂、络合剂、杀菌剂、 酶、氧化剂和其他添加剂等。
➢ 清洗效果：通量恢复，流程压差降减少等。
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膜清洗效果的表征
➢ 通常用纯水透水率恢复系数r来表示
流速，回收率等）； ➢ 选择合适的进料的浓度，pH，温度，离子强度
等。
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4.4 膜的清洗
4.4.1 膜清洗必要性和注意事项
➢ 必要性：消除污染物，使水通量恢复，使膜寿命延长，能 耗降低等。
➢ 注意事项：
1)膜的物化特性，如耐温，耐酸、碱，耐氧化等； 2)污染物特性，如种类，可溶解性，可氧化性，可酶解性 等。
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➢ 2)膜的荷电性（静电作用力）
有些膜材料有极性基团或可离解基团， 与溶液接触后，由于溶剂化或离解作用使 膜表面带电，它与溶液中荷电溶质产生相 互作用。当二者所带电量相反时，则相互 吸引，则膜易被污染；当二者所带电量相 同时，则相互排斥，膜表面不易被污染。

膜技术及其应用-第一章 分离膜和膜分离过程ppt课件

膜技术及其应用-第一章 分离膜和膜分离过程ppt课件
• 葡萄酒/果酒/茶/咖啡芬香气味的浓缩保留 • 豆蛋白/乳清蛋白/白蛋白/单糖/多糖溶液的澄清
与浓缩
• 乳清、奶酶及其他乳品的澄清、脱盐与浓缩 • 蔬菜抽提汁/西红柿汁的脱水浓缩
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✓ 制药/生物工程
• 抗生素、维生素、有机酸、氨基酸、酶等发酵液的 澄清除菌过滤
• 抗生素、维生素、有机酸、氨基酸等发酵液的蛋白 剔除
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2. 微孔均质膜
• 拉伸法
在接近聚合物熔点温度下，挤压聚合物膜，并配 合以很快的拉出速度，在迅速冷却下制成高度定向 的结晶膜，冷却后对膜进行第二次拉伸，使膜的结 晶结构破坏，并产生裂缝状的孔隙。
• 烧结法
将粉状的聚合物加热，控制温度及压力，使粉粒 间存在一定空隙，只使粉粒的表面熔融但不全熔， 相互粘结形成多孔的薄层或块状物，再加工成滤膜。
膜在分离过程中具有如下功能物质的识别不透过使混合物中各组分乊间实现分离的内在因素界面膜将透过液和保留液料液分为互丌混合的两反应场膜从表面到孔内表面含有不特定溶质具有相互作用能力的官能团通过物理作用化学反应或生化反应提高膜分离的选择性和分离速度推动力膜过程压力差反渗透超滤微滤纳滤气体分离电位差电渗析膜电解浓度差透析膜传感器温度差膜蒸馏化学反应化学反应膜10五膜分离的应用领域化学染料工业脱氧氧化酯化皂化磺化硝化脱氢反应中液体的分离纯化甘油己内酰胺苯染料活性剂等有机化工原料的回收苹果梨草莓橙芒果桃梅李柠檬等果汁的澄清除菌过滤苹果梨凤梨草莓橙芒果桃梅李柠檬等果汁的脱水浓缩豆蛋白乳清蛋白白蛋白单糖多糖溶液的澄清不浓缩抗生素维生素有机酸氨基酸酶等发酵液的澄清除菌过滤抗生素维生素有机酸氨基酸等发酵液的蛋白剔除抗生素氨基酸维生素有机酸酶多糖蛋白质的纯化不浓缩粉碎过程中磷酸盐氧化镁二氧化钛碳粉水泥碳酸钙的回收干燥过程中pvc二氧化硅活性碳肥料等的回收水处理?饮用纯水的制备?医药工业中注射用水洗瓶水及其他无菌水的制备?电子工业中超纯水的制备?火力发电厂锅炉补给水的制备?饮料不化妆品工业中产品配方用水的制备?饮用水纯化苦碱水脱盐海水淡化?废水循环不再生利用零排放?染料颜料油漆含油废水的处理?纸浆不造纸废水的处理及木素磺酸盐的回收?金属食品皮革农药和除草剂废水的处理?纺织印染废水的处理及丝光废水的回收利用15六国内膜分离技术主要应用?海水淡化?污水再生?净化水16第二节分离膜的种类一高分子膜高分子膜的性能不高分子材料的特性密切相关高分子的结构特征由以下因素决定?相对分子量

膜与膜过程_第三章_膜的表征

膜与膜过程_第三章_膜的表征

气体渗透法测得的气体通量
由此可确定膜的孔径分布。这 种方法适宜于表征大孔，可用 于孔径在50nm以上的微滤膜。
⑥ 汞注入法（压汞法）

汞注入法是泡点法的一种。该方法是把汞注入干 膜中，并在不同压力下测定汞的体积。压力和孔 径的关系仍满足Laplace方程。由于汞不同润湿 膜（接触角大于90度），汞与聚合物材料的接 触角一般为141.3度，汞/空气界面的表面张力为 0.48N/m，因此Laplace变为：
多孔膜的表征方法可分为两种： 结构相关参数：确定孔径，孔径分布，皮
层厚度和表面孔隙率。 渗透相关参数：通过溶液被膜或多或少地 截留，确定实际分离参数（截留测定）
3.3.1、多孔膜的表征
（1）微滤膜 电子显微镜 原子力显微镜
泡点法
气体渗透泡点法（湿干流动法）
汞注入法



膜过程包含各式各样的分离问题，具体过程需要用到某种 特定的膜，因此膜的结构和功能表现也很大的差异。 更好地理解分离过程并能对一特定分离所需要的膜结构做 出可能的预测，需要对膜结构与传递现象之间的关系进行 研究 。 确定对特定分离任务可选用的膜。成膜参数中某一参数的 细小变化都可能改变膜（皮层）结构，进而显著影响膜性 能。重复性也是常见的问题。 将孔径、孔径分布、自由体积和结晶度等膜的结构性质与 膜的分离性能进行关联。 膜生产者给出的关于膜性能的信息，如膜截留、孔径、孔 径分布等信息缺乏可比性。 通过膜表征测量将获得预测具体应用中膜的性能信息。通 过膜的表征可以确定给定膜的结构和形态特性。对于制成 的膜，不管其结构怎样，首先要采用简单的方法对其形态 进行表征。
渗透率法
① 电子显微镜法
电子显微镜（EM）是用于膜表征的一种设备，可 以分成两种：扫描电子显微镜（EM）和透射电子 显微镜（TEM）。对于研究和表征微滤膜的多孔 结构，扫描电子显微镜更方便。也可以研究其它 不对称膜的结构。 简单电子显微镜的分辨率为0.01μm(10nm)，更高 级电子显微镜的分辨率可达5nm左右（微滤膜的 孔径为0.1~10μm）。

新型膜与膜过程

新型膜与膜过程

新型膜与膜过程
膜技术是一种以膜为核心的分离技术，近年来得到了广泛的研究和应用。

膜是由多种材料制成的，例如聚合物、陶瓷、金属等，它们具有高效、节能、环保等优点。

新型膜与膜过程是膜技术的一种重要发展方向。

新型膜材料具有更高的分离效率和更好的稳定性，可以用于处理更加复杂的物质。

例如，纳米膜可以用于分离小分子物质和大分子物质，超滤膜可以用于污水处理和海水淡化。

此外，新型膜材料还可以用于高温高压的环境，例如油田开采和煤层气开采。

新型膜过程是指在膜技术的基础上，利用新型膜材料和新型膜模块设计，开发出的更加高效、稳定的膜分离过程。

例如，反渗透膜是一种常见的膜分离过程，可以用于海水淡化和饮用水处理。

采用新型反渗透膜，可以提高膜的通量和去除率，减少能耗和成本。

除了反渗透膜，还有许多其他的新型膜过程，例如气体分离膜、微滤膜、电渗析膜等等。

这些过程可以用于各种工业和环境应用，例如氢气分离、微生物分离、废水处理等等。

新型膜材料和新型膜过程的发展，不仅提高了膜技术的效率和稳定性，也为各种工业和环境应用提供了更加可靠的解决方案。

未来，随着新型膜技术的不断发展，我们可以期待更多的创新和突破。

膜与膜过程_第一章_序论_2011年讲解

膜与膜过程_第一章_序论_2011年讲解

膜分离过程依据的物性差别
依分子大小的差别：如微滤（MF），超滤 （UF），反渗透（RO）， 气体分离（GS） 等
依电荷的差别：如电渗析（ED），膜燃料电 池，膜电解，双极膜过程 ，纳滤（NF）等
依与膜的亲和性或溶解性的差别， 如MF，部 分UF， RO， 液膜过程， GS， 以渗透气化 （PV）等
孔膜（无机膜 ，聚合物膜）两类。 液膜（乳化液膜、支撑液膜）
均相微孔膜
对称膜 无孔致密膜
荷电膜
非对称膜
支撑液膜
卷式膜元件
中空纤维膜元件
管式膜及装置
膜的分类（续）
按用途分：气相系统、气液系统、液液系统、 气固系统、液固系统、固固系统
按膜的作用机理分：
吸附性膜（多孔膜，反应膜） 扩散性膜（聚合物膜，金属膜，玻璃膜） 离子交换膜（阳离子交换树脂膜，阴离子交换树脂
膜） 选择渗透膜（渗透膜，反渗透膜，电渗析膜） 非选择性膜（加热处理的微孔玻璃，过滤型的微孔
膜。
1.4 膜过程及应用
1.4.1 膜过程
1 膜分离过程 特点：（1）两主体相不直接接触 （2）膜两侧形成两个相界面 （3）两主体相可互溶也可不互溶
2 膜接触过程 特点： （1）使用微孔或大孔膜 （2）膜主要起着固定两种互不相溶的主体 液相界面的作用 （3）这两种主体液相在膜孔内或在膜/主体 相边界处直接接触。
膜； 1968，N.N.Li（黎念之）发明液膜 1980，Cadotte发明界面聚合复合膜....
1.3 膜的分类
按材料分：
天然膜（生物膜、天然物质改性或再生而制成的膜） 合成膜（无机膜，高分子膜）
按膜结构分：
固膜分为对称膜和非对称膜两大类， 固膜也可分为多孔膜（微孔介质，大孔膜）和非多

膜与膜过程第五章膜的传递机理

膜与膜过程第五章膜的传递机理
膜与膜过程第五章膜 的传递机理
目 录
• 膜传递过程概述 • 膜传递机理 • 膜传递过程中的影响因素 • 膜传递过程的优化与改进 • 膜传递过程的应用实例
01
膜传递过程概述
膜传递过程定义
膜传递过程
能量传递
是指物质在膜内或膜外传递，通过膜 的透过和转运，实现物质在膜两侧的 浓度差或能量差。
能量传递是指膜两侧的能量差引起的 物质传递，如渗透压、电位差等。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
亦然。
02
膜传递机理
扩散传递机理
扩散传递机理是指物质在膜两侧的浓度差驱动下，通过膜的分子或粒子的 随机热运动而发生的迁移过程。
扩散传递主要适用于分子量较小、能透过膜孔径的物质，如气体、水分子 等。
扩散传递的速率与物质在膜中的扩散系数、浓度差以及膜的厚度等因素有 关。
渗透传递机理
渗透传递机理是指在水分子经过膜孔 径时，由于压力差的存在，水分子从 压力高的一侧向压力低的一侧流动的 过程。
因素有关。
03
膜传递过程中的影响因 素
物质性质的影响
分子大小
分子大小直接影响物质在 膜内的传递速度，通常分 子越小，透过速度越快。
分子形状
分子的形状和构象也会影 响其在膜中的传递性能， 如对于一些刚性分子，其 传递速度较慢。
分子极性
极性分子更容易与膜材料 发生相互作用，从而影响 其传递速度。
操作条件的影响
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优化操作压力
适当提高操作压力，有利于提高膜的渗透通量。
控制料液流速
合理控制料液流速，避免过快或过慢流速对膜分 离效果的影响。
3
定期清洗和维护
定期对膜进行清洗和维护，保持膜的清洁度和使 用寿命。

膜与膜过程-膜的传递机理PPT精选课件


量q为：
q

4r (Pf
3RTL
Pr
)

2RT
M
1
2
其中M为气体的分子量，Dk为Knudson扩散 系数，n为孔数目，τ为曲折因子。
10
气体通过膜孔流量与其分子量平方根 成反比，则分离效果与与其分子量平 方根成正比。因此只有对分子量相差 大的气体具有明显分离效果。
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5.1.4 表面吸附扩散和毛细管冷凝
kcSc2 (1 c )2 c Rc
Rc

Kc (1 c )2 Sc2 c

3 c
其中各符号的意义同膜部分。 此筛孔机理适于微滤和超滤。
8
5.1.2 粘流模型（适于r/λ>5）
适应于气体分子，在此范围内孔内分子的流动受分子碰撞作 用支配，为粘性流动。符合Hargen-Poiseuille定律。气 体通过单位面积的流量q为：
1．杜南(Donnan) 平衡：是离子交换膜与相接 触溶液间离子分布不均的问题，下图为杜南平衡 示意图
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据质量作用定律：（c1+x）x=(c2－x)2
[Cl ]s [Cl ]m

c1 c2 c2
c1>>c2时，溶液中NaCl几乎不进入膜相
c1<<c2时，NaCl在膜和溶液中几乎相等
具体的势函数，摩擦力系数，单孔的脱盐 率，膜孔中的流速分布，膜的脱盐率，产 水量等表达式较复杂，可参见Sourirajan 有关著作。(膜科学与技术1984年专刊）
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5.2 无孔膜分离和传递模型
5.2.1 溶解扩散模型
这主要应用于无孔膜，如对水溶液－半透膜体系。

Jw

膜与膜过程_第五章_膜的传递机理 (1)

m S Rm 4 2 3 J n prp m rp m
2
2 m m
S为比表面积，对直圆孔，Km=2,εm=πnprp2， Sm=2πnprp(1-ε)
3.对于球状物形成的滤饼,可用Carman-Kozeny公式来估算
5.1.4 表面吸附扩散和毛细管冷凝
如果分子吸附在孔壁上，则分子将沿固体表面移动， 产生表面扩散流。
表面流扩散通量
dc J ( DL D H ) dl
DL和DH分别为孔壁上Langnuir吸附层和服从Henry定律吸 附层的扩散系数。 可凝气在毛细管中会凝结，阻塞孔，从而降低了不凝气的 扩散。 通常沸点低的液体易被孔壁 吸附，表面扩散明显。且操作 温度越低，孔径越小，表面扩散越明显。

2．对于膜的通量，可用Hagen-Poiseuille定律来表达：
J
n prp4 pm 8 m
m rp2 pm pm pm Lp 8 m m Rm
其中np为表面孔数，rp为孔半径，εm为表面孔隙率，τ为曲折 因子，ΔPm为膜两侧压差，l m为膜厚，Lp为水力学渗透系 数。 或：
5.3 促进传递
多采用下列一步反应机理 kf A+B AB kr A为迁移的溶质，B为载体，AB为二者的络合物。

在扩散控制下（不是反应控制），载体充分利用，可得
F 1

K
1 K
这里F为促进因子，即有载体时通量与无载体时通量之比。 K为反应平衡常数，α为淌度比。 K=kfCAo/kr α=DABCT/DACAO 其中kf为正反应速度常数，kr为逆反应速度常数 CAO为溶质初始浓度，CT为总浓度 DA为溶质扩散系数，DAB为载体扩散系数

膜科学技术过程与原理教学设计

膜科学技术过程与原理教学设计1. 背景介绍膜科学技术是一门较为新兴的学科，近年来得到了广泛关注和研究。

膜在许多领域都有着广泛应用，如环境治理、水处理、食品加工等领域。

因此，膜科学技术的教学对于培养相关专业人才具有重要的意义。

目前，膜科学技术的教学已成为许多高校化工、材料等专业的重要课程之一。

本文将以膜科学技术过程与原理为主线，探讨膜科学技术的教学设计。

2. 教学目标本教学设计旨在通过对膜科学技术过程与原理的介绍，使学生掌握以下知识和能力：•理解膜的基本概念和分类；•掌握膜技术在环境治理、水处理、食品加工等领域的应用；•理解膜分离过程的原理、方程式及实现方法；•掌握膜制备技术的基本原理和制备方法。

3. 教学内容与安排3.1 膜的概念和分类首先，我们将对膜的基本概念和分类进行介绍。

通过图示和实例进行讲解，帮助学生理解膜的作用和分类。

时间安排：1小时3.2 膜技术在不同领域的应用接着，我们将介绍膜技术在环境治理、水处理、食品加工等领域的应用，并通过具体的案例进行讲解。

通过课堂讨论和分组报告等方式，让学生了解不同行业中膜技术的应用及其优势。

时间安排：2小时3.3 膜分离过程的原理和实现方法在此内容中，我们将介绍膜分离过程的原理、方程式及实现方法。

让学生了解膜分离技术的基本原理、实现方法及工艺参数的控制，从而掌握膜分离技术的实用价值。

时间安排：3小时3.4 膜制备技术的基本原理和制备方法最后，我们将介绍膜制备技术的基本原理和制备方法。

通过课堂讲解和案例分析的方式，让学生掌握不同膜制备技术的优缺点、适用范围和制备方法等。

时间安排：4小时4. 教学方法本门课程采用以学生为主体的教学模式，主要采取如下教学方法：•理论授课：通过教师讲解、PPT演示等方式，帮助学生理解膜科学技术过程与原理；•课堂讨论：通过小组讨论、案例分析等方式，激发学生思考和学生之间的交流；•实验操作：通过实验操作，帮助学生巩固所学理论知识，并培养学生实际操作的能力。

第4章薄膜的形成与生长ppt课件


2021/3/8
精品ppt
5
◆入射到基体表面的气相原子被这种悬挂键吸引住
的现象称为吸附。
2.物理吸附和化学吸附 ◆ 吸附仅仅是由原子电偶极矩之间的范德华力起
作用称为物理吸附；
◆吸附是由化学键结合力起作用则称为化学吸附。
物理吸附的特点：
物理吸附时，因范德华力的作用范围较大，故基 片表面原子与吸附原子之间的距离较远。若所吸 附的是双原子分子，这个间距可能大到0.4nm。
2021/3/8
精品ppt
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◆ Ed 与Ea 的差值 Qc 称为化 学吸附热，Ea称为激活能。
◆ 化学吸附是一种激活过程。
因为Q c 大于Q p，所以只有动 能较大的气相原子才能和基
体表面产生化学吸附。
◆ 当气相原子具有的动能大 于E d 时，它将不被基体表面 吸附，通过再蒸发或解吸而 转变为气相。因此 Ed 又称为 解吸能。
精品ppt
1
第4章 薄膜的形成 与生长
§4-1 §4-2 §4-3 §4-4
凝结过程 核形成与生长 薄膜形成过程与生长模式 溅射薄膜的形成过程
2021/3/8
精品ppt
2
薄膜结构和性能的差异与薄膜形成过程中的许 多因素密切相关。因此，在讨论薄膜结构和性能 之前，先研究薄膜的形成问题。
薄膜的形成过程实质上是气—固转化、晶体生成的过 程，它大致可以分为下面几个主要的步骤： ①原子或分子撞击到固体的表面； ②它们被固体表面的原子所吸附或直接反射回空间；
就薄膜的整个形成过程来看，则是晶核的形
成与长大同时进行，即在基片上有的地方在
进行着成核过程，而在有晶核的地方，晶核
在长大。
精品ppt
4
§4-1 凝结过程
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课程名称：膜与膜过程原理
Principles of Membranes and Membrane Processes
（English-Chinese Bilingual Teaching）
一、课程编码：1000014
课内学时： 32 学分： 2
二、适用专业：化学工程、化学工艺、环境工程、生物化工、制药工程、能源化工和应用化
学等专业。

三、先修课程：物理化学，化工原理、有机化学等。

四、教学目的：
通过本课程的学习，使研究生：
1、了解膜科学技术在化学工程与技术领域中的地位与作用，及其国内外发展动态；
2、理解膜分离过程的物质和热量传递基础理论；
3、了解膜材料的选择/设计原则，理解成膜机理，熟悉制膜工艺和膜材料表征手段；
4、掌握典型膜分离过程的原理、计算方法、设备传质特性及工艺；
5、了解新能源、生物医学工程、航天、国防等领域中的膜技术。

五、教学方式：
包括课堂讲授、课堂讨论与学生课外自学。

其中，课堂讲授主要采用多媒体教学手段。

六、教学主要内容及对学生的要求：
1. 导论 2学时
1.1膜技术特点
1.2膜科学与技术的历史、现状和展望
2. 膜分离原理与传递机理 4学时
2.1膜过程分类及其分离原理
微滤、超滤、纳滤、反渗透、正渗透、电渗析、渗透汽化、膜蒸馏、气体分离
2.2膜外传递现象
2.3膜内传递机理
2.4膜过程污染机制及防治措施
3. 膜材料与膜制备 8学时
3.1分离膜材料及其物理化学性质
3.2分离膜成膜机理及制膜工艺
3.3膜结构表征与性能评价
3.4膜材料表面修饰
4. 膜蒸馏 4学时
4.1分类及操作模式
4.2热、质传递理论与模型
4.3装置及其应用
4.4 面临的挑战及发展前景
5. 膜基气体吸收及气体膜分离 2学时
5.1膜吸收原理及膜接触器
5.3气体分离膜材料设计理论与方法
6. 膜催化过程 2学时
6.1催化膜反应器
6.1渗透汽化膜反应器
6.3膜生物反应器
7. 膜组件及膜分离工艺 2学时
7.1分离膜组件
7.2膜分离工艺设计原则
7.3膜系统集成与优化
8. 电池用膜材料 4学时
8.1燃料电池分类及系统
8.2 聚合物质子交换膜
8.3 锂离子电池及其隔膜
8.4 聚电解质膜
9. 新型分离膜和膜过程 4学时
9.1生物医用膜及透析
9.2智能膜及控制释放
9.3膜传感器
9.4离子交换膜与电去离子
七、考核与成绩评定
成绩以百分制衡量。

成绩评定依据:平时成绩占30%，期末笔试成绩占70%。

八、参考书及学生必读参考资料：
基本教材
1. 杨座国编著膜科学技术过程与原理华东理工学院出版社，2009
参考资料
1. 刘茉娥等编著. 膜分离技术. 北京: 化学工业出版社, 1998
2. 陈观文, 徐平主编. 膜分离应用与工程案例. 北京: 国防工业出版社. 2007
3. 张卫东，高坚译著. 催化膜及膜反应器. 北京: 化学工业出版社，2004
4. 徐又一，徐志康等编著. 高分子膜材料. 北京: 化学工业出版社，2005
5. Klaus-Viktor Peinemann and Suzana Pereira Nunes, Membrane Technology,
Wiley-VCH,2008
6. Suzana Pereira Nunes and Klaus-Viktor Peinemann, Membrane Technology in the
Chemical Industry,Wiley-VCH,2006
九、大纲撰写人：赵之平。