膜化學與技術教程

作者簡介

徐銅文，教授，博士生導師，1967年8月生於安徽霍邱。1989年9月獲合肥工業大學化學學士學位，1992年9月獲合肥工業大學套用化學碩士學位，1992年10月獲天津大學化學工程博士學位，1992.6-1997.6在南開大學高分子化學研究所從事博士後研究，1997年6月來中國科技大學化學與材料科學學院工作，期間作為訪問學者先後在東京大學（2000）、東京工業大學（2001）進行學術訪問研究。主要從事膜技術及其相關過程、化工傳遞方面的研究。現主持國家自然基金面上項目《多層結構雙極膜的傳質與催化水解離機理》、《新型系列荷正電納濾膜的製備及結構最佳化》兩項，省部級項目三項，已完成各類項目六項，發表論文50餘篇，其中《SCI》收錄26篇，《EI》收錄16篇，獲專利一項，專著一本，合著一本。現指導碩士研究生4名，博士研究生2名。

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前言
1997年夏季，我從南開大學博士後化學流動站出站，來到中國科學技術大學化學與材料科學學院工作。第二年在套用化學專業為本科生開設了《膜化學與膜技術》課程，由於教學反應很好，該課程很快由當初的選修課升為專業必修課，並成為《化學工程》的後續課程。1999年又為研究生開設了相關選修課程《膜科學與膜技術》。在講授這兩門課的過程中，我參閱了大最的文獻資料，感覺到：多數膜學著作的對象是在膜方面有一定基礎的科研人員和工程技術人員，缺少將基本化學原理與膜現象結合起來並有大量例題和習題的膜學教材。於是萌發}}{編一本適合於本科生和研究生教學的膜學教程的念頭。
在隨後的歲月里，本科生《膜化學與膜技術》課程的教學範圍從套用化學專業的本科生又擴展到化學專業的本科生。同時由於中國科學技術大學承擔部分中國科學院下屬院所研究生的基礎課程教學任務，研究生選課的人數也在不斷增加，既有科大本部的研究生，也有科學院下屬院所如大連化物所、上海原子核所、上海有機所、上海矽酸鹽所、武漢物理所、科學院合肥分院的研究生。因此我編寫膜學教材的願望更加強烈。恰在此時，中國科學技術大學進行教學改革，準備資助一批“十五”教材立項工作，我的申請很快獲得批准，並列入“十五”期間教材出版規劃首批資助對象，我的願望終於實現，這本膜學教程由此而誕生。
眾所周知，膜學是一門涉及多學科的高新技術邊緣學科，要想在本教程中包括所有的膜學內容幾乎是不可能的。為此本教程著眼於化學基本原理與膜學內容的緊密結合：第一章為膜學概論，介紹膜的發展進程和主要膜過程原理；第二章將膜學與材料科學結合起來，介紹多種膜材料的化學結構和特性、膜材料的穩定性、膜材料的選擇和表征方法；第三章介紹膜的製備方法和原理，此部分內容將膜與物理化學中的相圖、相平衡聯繫起來，同時介紹了無機膜的相關內容，並用專門的篇幅介紹了目前的新膜品種即無機一有機複合/雜化膜的製備方法；本教程第四章是化學工程的升華，介紹了膜傳遞的擴散理論和非平衡熱力學理論。如果說第二至四章是關於膜化學的知識，那么第五至八章涉及的就是膜技術方面的內容：第五章介紹了所有壓力膜技術原理和套用；第六章介紹離子交換膜及相關技術；第七章則針對所有膜過程中污染和濃差極化現象的原因、表征和預防措施進行介紹，涉及到過程的維護和膜的保養；第八章介紹了一些新型膜技術，兼顧到研究生教學內容和工程技術人員的實際套用。
在上述內容中，有一部分是作者所在課題組多年的研究成果，如第二章中涉及到聚苯醚膜材料部分、第三章中複合/雜化膜的製備和部分有機膜電鏡分析、第五章的部分套用示例、第六章的電膜部分、第七章的蛋白質吸附部分、第八章的膜控制釋放部分。本教程還特別在每章節中附上了一定數量的例題和大量的習題。另外，本教程有四個附錄：附錄一以國外文獻為基礎，對膜過程的基本術語進行分類匯總；附錄二列出了一些主要的網上膜學術資源和膜工業站點，以適應信息發展的需要；附錄三列出了主要的膜學著作，以方便讀者查閱；附錄四選登了往屆研究生選修本課程時撰寫的部分論文，供研究生教學參考。
在本教程的編著過程中，既要考慮知識的基礎性，又要考慮全面性，因而參閱了大量的國內外膜專家的專著和論文。在此，我對這些文獻的作者表示最衷心的感謝和敬意，正是由於他們這些獨特和原創性的工作才會有本教程的存在；同時由於人力和條件的限制，對引用過程中未能一一徵得原作者的同意而表示深深的歉意，並敬請他們諒解。
本教程經國家海洋局杭州水處理中心高從增院士和莫劍雄研究員認真審訂，提出了諸多寶貴的修改意見，特別是高從增院士還為本教程提供了一定數量的例題。對這兩位膜界前輩辛勤的工作，我表示最誠摯的謝意。
本教程得到了中國科學技術大學“十五”教材計畫立項經費的資助。同時在編著期間，作者正在執行國家自然科學基金課題(編號29976040，20106015)的研究工作。本教程編著、出版過程中所發生的費用和這些基金不無相關，對資助這些基金的部門、團體，在此我也表示最衷心的感謝!
本教程於2000年動筆，2003年6月完成初稿，在此期間，我從東京大學和東京工業大學獲取了大量的膜學資料。本教程第七章中有關蛋白質污染的內容就是我在東京大學的研究1二作，第六章中雙極膜表征方面的內容是我在東京工業大學的研究工作，在此對接待我做合作研究的東京大學化工系中尾真一(S．Nakao)教授和東京工業大學有機化學和高分子系的谷剛名彥(A．Tanioka)教授表示最衷心的謝意。同時我還要感謝荷蘭吐溫大學的A．B．J．Kemperman博士，他為我寄來了他們研究小組(歐洲膜研究院)的多篇博士論文和專著，極大地充實了本教程第三章、第六章和第七章的相關內容。
最後我要感謝中國膜界前輩和膜界同仁，他們為中國膜科學的發展做出了非常出色的工作，使我國的膜技術研究水平上升了一個很高的台階，與已開發國家的差距越來越小。是他們營造了一個編輯出版本教程的良好氛圍；也是受他們的影響，使我對膜學產生了濃厚的興趣。
儘管我做了諸多努力，本教程也非盡善盡美，錯誤和遺漏之處難免，衷心歡迎讀者提出批評和建議。我希望本教程能引領更多的初學者進入膜科學與技術這個神聖的殿堂，並最終成為我國膜技術後備人才和中堅力量。
徐銅文
2003年12月於中國科學技術大學

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