《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。
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。
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
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