科用药等都有价值。正在探索释放形式的多样化和高功能化。
3． 医用人造膜的研究
生物膜是由各种功能膜构成的。目前，正在探索以人造膜补充和代替生物体的功能，对人造肺、人造皮肤等进行研究和应用，从仿生着手，开发人造和天然相调和的新功能。这些要从人体安全性考虑的膜技术，研究活跃、开发前景乐观。
4． 酶膜传感器和微生物传感器
生物膜具有信息传递、物质输送和能量转换等优异功能。因此制造带有这类生物膜功能的人造膜，可在各领域中应用。模仿生物膜对化学物质的识别能力，制成生物传感器。由生物催化剂——酶或微生物，与合成高分子生物膜以及电极转化器组合而制成的传感器为酶膜传感器或微生物传感器。它具有高选择性和高精密度，用于测定葡萄糖浓度、其他糖类和乙醇、苯酚、丙酮、尿素以及高分子离子等。这种传感器应用于电子技术领域，可望有极大的发展。
1.4展望
展望各种膜和膜技术的发展趋势，一些世界膜科技专家早已有过不少调研和预测。Baker
?84?等的论述，于1991年“Membrane Separation System” 一些书中已有详细报导。提出了应
优先研究的课题，反映了后20年的研究动向。曾选择38个重点课题，并对其中10个课题排列有序地进行了讨论：如（1）有机物/有机物分离的渗透汽化（PVAP）膜，具有相当好的选择性，使PVAP可在某些化工分离中代替耗能甚多的精馏，以节省能量。（2）耐氧化的渗透膜（RO）能克服工业上因氯、过氧化氢等氧化剂存在时，常用的RO膜异受损破坏等缺点，以扩大工业应用。（3）、（4）、（5），为超薄皮层的气体分离膜（GS）,对O2/N2分离有高选择性膜；对O2具有高渗透性，高选择性的固体促进传递膜等，主要可用于空气分离等重要领域。
?24? 最近Baker等膜专家在2001年新书“Membrane Technology in Chemical Industry”中
对膜技术的未来发展，作了如下预测，很有启示，值得参考。
1. UF/RO：2005年前后，真正能抗氯、抗氧化的表面复合反渗透膜最终开发成功。到2010年，RO大装置（大于1.1?107m3/d）建成；用反渗透和纳滤（NF）分离有机混合物可用于炼厂炼制食用油等过程，总市场达2千万美元/年，到2020年可达5千万美元/年；硅酸盐组件和震动、滚动组件，价格降至400美元/m2，开始广泛用于化工过程和废料处理。到2015年大多数炼厂和石油化工厂的废水回收利用，将采用UF/RO装置。到2020年，半数大城市，半数超纯水的生产，用RO大装置（大于2?107m3/d）。
2. PVAP：由于2008年，第一套有机物/有机物分离的渗透汽化装置建成。2010年，水中脱除挥发性有机物的渗透汽化膜分离，广泛用于食品中香料的回收，以及一些环保应用，总市场达3千万美元/年。到2020年，炼厂中的芳香烃和脂肪烃混合物的分离将广泛应用。
3. GS：第一套C3?/C30即丙烯与丙烷气体膜分离装置将于2004年建成；约于2008年，
从空气中制取氧气将开发成一个大市场（大于1千万美元/年），O2/N2选择性达5，渗透性
p/l达200GPU。到2010年，很多炼厂用膜分离装置从尾气和废气中回收氢气，膜的可靠
性将解决，市场达5千万美元/年；硅酸盐和微孔碳膜将有不少好用途；生产导离子膜的厂建成；提高H2S，CO2/CH4分离选择性，降低了从天然气中分离酸性气体的价格，混合气
体CO2/CH4分离选择性达40，CH4渗透性p/l10 GPU。2015年，用膜分离烃类混合物与炼油、裂解、石油化工等已很普遍，市场达5千万美元/年。
4.到2020年，载体促进传递估计仍为实验室工作阶段。 此外，对导离子膜（PEM），距欧美其他场合报道利用燃料电池工业将大量发展，成为全球性的工业，应用于油站、汽车工业，称为无释放污物的汽车（zero emission vehicles, ZEVS）等。
第二章 膜的材料及膜的制备
2.1膜材料 2.1.1聚合物膜材料 2.1.2无机膜材料
2.2膜的制备
2.2.1超滤、纳滤、反渗透膜的分类
2.2.2醋酸纤维素及其衍生物反渗透膜的制备 2.2.3醋酸纤维素纳滤膜的制备 2.2.4非对称膜的成膜机理
2.2.5复合膜的制备和成膜机理 2.2.6无机膜制备
2.2.7不同构型的膜成膜工艺
第三章 膜的结构、性能和测定方法
3.1膜的结构
3.1.1有机高分子膜的结构 3.1.2无机膜的结构 3.2膜的性能
3.2.1有机高分子膜的性能 3.2.2无机膜的性能
3.3膜性能及膜结构的测定方法 3.3.1反渗透膜的测定方法 3.3.2超滤膜的测定方法 3.3.3微孔滤膜的测定方法 3.3.4无机膜的测定方法 3.4膜的贮存及其使用寿命 3.4.1膜的贮存
3.4.2膜的使用寿命
3.5国内外主要的膜和组件简介
第四章 膜科学技术中有关基础理论
4.1有关热力学基本原理?1，2?
要描述膜中物质的传递过程，离不开基础热力学，诸如力与物流、混合熵与混合焓、
Gibbs自由能、化学势等。膜的传质现象是不可逆过程，且膜的渗透过程往往包含多种不同传质推动力和过程的伴生现象，这涉及非平衡热力学，从研究经典热力学系统的平衡态扩充
到含有时间概念的稳定态，并包含物质流和能量流，处理了流率问题。
这里先简要复习有关热力学原理，并对膜科学技术涉及的自由能、化学势作进一步讨论。
4.1.1有关热力学原理
热力学第一定律研究能量守恒，表达为：
dU?dQ （4-1） ?d W式中U为内能，当热量被体系吸收后，就成为内能。体系得到热量时dQ为正，而环境对体系做功时dW为正。
按照能量守恒理论，各种不同形式的能量可从一种形式转变为另一种形式，但能量不能创造，也不能消灭（在某些条件下，质量和能量可以相互转变，但其总和是守恒的）。能量可以是动能、位能、电能，通常总称为“功”，即W。
若压力为形成“功”的来源，则流体所作的微元功为pdV；电荷传递于体系是由于电势?，则形成的“功”为?de；敞开系统与环境进行质量交换，由于物质传递，其物质的量不再是固定的，所以化学势?形成对组分i所做的“功”为?idni。因此，对于一体系与环境之间有能量交换者，式（4-1）可较为详细地写成：
dU?dQ?pdV??de?只有压力为形成“功”的来源时，则
dU?dQ?pdV （4-3）
??dniii （4-2）
令Cu表示为定容热容，定义为：
dQ??CudT?v （4-4）
则可得
??U? （4-5） Cu?????T?v焓也称热含量，定义为：
H?U?pV （4-6）
式（4-6）右边的量均为状态函数，焓也是一状态函数，可用下式表示
dH???dT???p?dp （4-7） ?T??p??T将式（4-6）微分，得
dH?dU?则可得
dQ?dH?令Up表示定压热容，定义为：
dQ?CpdT
??H???H?pd?V d （4-8） V （4-9） V d p则可得
??H? Cp????T??p从热力学第一定律得到两个能量函数U和H，在以后各章节中要更多次应用。
热力学第二定律为系统地描述物化体系的平衡现象提供了基础。Gibbs做了许多关于平衡理论的基础工作。热力学第二定律也为系统地描述非平衡现象提供基础。L. Onsager做了很多基础工作，I. Prigogine做出了重要的贡献。热力学的非平衡理论是研究伴随着多种基本传递过程的复杂体系所不可缺少的。第二定律将从容量状态函数——“熵”（S）讨论起。
虽然dQ不是一个完整的微分，但其比值dQ/T是一完整微分。这样就产生了一个新的状态函数——“熵”（S）。对于可逆过程，熵定义为下面关系：
dS?dQ/ T （4-10）
由于S是状态性质，因而S的变化只与体系始态和终态有关，与其经过的途径无关。按理一个自发过程（不可逆过程）和理想的可逆过程的dS是不同的。然而，不可逆过程在环境
中的热损大于可逆过程在环境中的热损。于是，对于不可逆过程
dS?dQ/ T （4-11） 在一个无限小的过程中，封闭系统（体系为环境间没有物质交换）的熵变化为：
dS??dS?e??dS?i （4-12）
式中?dS?e为体系与环境间热交换的熵变，而?dS?i表示体系内由于发生变化而产生的熵变。而
/ T （4-13） ?dS?e?dQ对于不可逆程：
?dS?e??dS?i?dS?dQ/T （4-14）
?dS?i?0 对于可逆过程：
?dS?e??dS?i?dS?dQ/T （4-15）
?dS?i?0 （4-16）
对于不可逆过程，?dS?e和dS可以为正或负，取决于体系得到热量或失去热量，但?dS?i永远为正。
从热力学第二定律可得到另外两个能量函数，A为Helmholtz自由能和G为Gibbs自由能。
A?U?TS （4-17）
G?H?TS （4-18）
并可得微分式
dA??SdT?pd V （4-19） dG??SdT?V d （4-20）
内能U是状态函数，可以用于可逆或不可逆过程。若TdS代dQ，则可得
dU?TdS?pdV??de???dniii （4-21）
也称为Gibbs方程。在无电场的一般情况下，Gibbs基本微分方程为：
dU?TdS?pdV? dH?TdS?Vdp???dniii （4-22） （4-23） （4-24） （4-25）
??dniiiii dA??SdT?pdV? dG??SdT?Vdp?其积分式为：
U?TS?pV???dn??dniiii??niii （4-26）
H?TS???ini （4-27）
i A??pV? G?因此
??niii （4-28）
??niii （4-29）
G?U?TS?pV?H?TS?A? （4-30）
4.1.2 Gibbs自由能和有用功的概念
用Gibbs自由能G来表达等温等压条件下的热力学过程最为适宜： G?U?pV?TS
由于U、p、T、S都是状态性质，G也是一状态性质，所以dG决定于体系的始态和终态，与过程无关。
dG?dU?pdV?VdP?TdS?SdT
在T、p恒定时
?dG?p,T?dU?pdV?TdS （4-31）
将总功（对体系所做功或由体系做出的功）分为两部分
dW?pdV? （4-32） d W'式中dW'表示有用功。体系做功于环境为负，而环境做功于体系为正。将式（4-32）代入（4-1）得
则
?dG?T,p?dQ?TS?dW' （4-34）
由于
dS??dS?e??dS?i??dQ/T???dS?i
dU?dQ?pd?V'd W （4-33）