高從堦

編著者序

第一章 薄膜分離技術綜論
1-1 前言
1-2 膜的定義
1-3 膜技術的演進
1-4 膜技術的應用概述
1-5 結語
習題
參考文獻

第二章 薄膜之材料、結構與模組
2-1 前言
2-2 薄膜的材料分類
2-3 薄膜的結構分類
2-4 薄膜的模組
2-5 結語
習題
參考文獻

第三章 薄膜製備與成膜機制
3-1 前言
3-2 薄膜製備
3-3 相轉換成膜法
3-4 薄膜的成膜機制
3-5 結語
習題
參考文獻
符號說明

第四章 薄膜結構鑑定技術
4-1 前言
4-2 薄膜的分類及其應用
4-3 分離薄膜的結構鑑定技術
習題
參考文獻
符號說明

第五章 微過濾與超過濾
5-1 前言
5-2 過濾機制與原理
5-3 膜材與模組
5-4 結垢與清洗
5-5 微過濾與超過濾技術應用
5-6 結語
習題
參考文獻
符號說明

第六章 奈米過濾
6-1 前言
6-2 奈米濾膜與奈米過濾的發展
6-3 奈米濾膜的種類及其特性
6-4 奈米過濾的理論模式發展
6-5 奈米過濾的應用
6-6 結語
習題
參考文獻
符號說明

第七章 逆滲透與海水淡化
7-1 前言
7-2 滲透與逆滲透基本原理
7-3 逆滲透膜、製備方法及分離機理
7-4 逆滲透技術的應用
7-5 海水淡化
7-6 結語
習題
參考文獻

第八章 正滲透
8-1 前言
8-2 滲透現象
8-3 膜滲透過程的分類
8-4 正滲透過程質傳
8-5 正滲透膜
8-6 汲取液與驅動質
8-7 正滲透過程的應用
8-8 結語
習題
參考文獻
符號說明

第九章 滲透蒸發
9-1 前言
9-2 滲透蒸發的分離機制與效能指標
9-3 滲透蒸發薄膜的種類與特性
9-4 滲透蒸發的應用
9-5 結語
習題
參考文獻
符號說明

第十章 氣體分離
10-1 前言
10-2 薄膜氣體傳輸理論
10-3 氣體分離薄膜的類型
10-4 氣體分離薄膜的製備
10-5 氣體分離薄膜的鑑定
10-6 氣體分離薄膜須克服的問題
10-7 氣體分離薄膜的應用
10-8 結語
習題
參考文獻
符號說明

第十一章 膜蒸餾
11-1 前言
11-2 膜蒸餾的傳送機制
11-3 膜材與模組
11-4 直接接觸式膜蒸餾模組的數學模式與最優設計
11-5 氣隙式膜蒸餾模組的數學模式與最優設計
11-6 鰭片式膜蒸餾模組
11-7 膜蒸餾應用於工業製程熱交換
11-8 結語
習題
參考文獻

第十二章 薄膜生物反應器
12-1 MBR 的原理與類型
12-2 薄膜分類
12-3 薄膜模組分類
12-4 MBR 操作影響因素與積垢去除
12-5 MBR 發展進程及技術現況
12-6 MBR 特性優點及適用範圍
習題
參考文獻
符號說明

第十三章 液膜分離
13-1 液膜分離技術簡介
13-2 液膜分離的原理與輸送機制
13-3 液膜組成
13-4 液膜的應用
13-5 數學模式與操作變數
13-6 液膜操作穩定性
13-7 發展方向
習題
參考文獻
符號說明

第十四章 電透析
14-1 前言
14-2 電透析工作原理
14-3 電透析薄膜製備
14-4 電透析薄膜性質鑑定
14-5 電透析及電解質膜的應用
14-6 結語
習題
參考文獻
符號說明

第十五章 燃料電池
15-1 前言
15-2 質子交換膜燃料電池
15-3 直接甲醇燃料電池
15-4 結語
習題
參考文獻

第十六章 血液淨化薄膜
16-1 前言
16-2 血液相容性薄膜系統
16-3 血液相容性薄膜製程
16-4 血液淨化薄膜
16-5 血液分離薄膜
16-6 結語
習題
參考文獻

第十七章 藥物控制釋放之應用
17-1 簡介
17-2 儲槽式薄膜藥物控釋系統
17-3 滲透壓幫浦式薄膜藥物控釋系統
17-4 薄膜藥物控釋系統之理論分析
17-5 結語
習題
參考文獻
符號說明

第十八章 薄膜在組織工程上之應用
18-1 人工胰臟
18-2 人工神經
18-3 皮膚工程
18-4 抗老化工程
習題
參考文獻

中英索引單字

 

序

　　本書能順利編撰完成，首先要感謝教育部第18屆國家講座計畫的支持。本書的構思以及編寫過程，得力於薄膜中心的成員以及已為人師的學生們外，要特別感謝新加坡國立大學鍾台生院士及浙江工業大學高從堦院士的跨海相助，特別向所有的作者群表達真摯的謝意，也謝謝蔡惠安教授的彙整、校稿等行政事務之幫助。四十餘年來待人接物上，努力以父親給我的名字「君義」自持，幸而獲得諸多的貴人扶持和幫助，中原大學熊慎幹校長、程萬里校長、傑出的企業家黃雅夫教授，也藉此一隅表達謝意。當然，一生相伴相持的內人賴陳靜枝女士和我親愛的家人們，給了我持續往前最重要的力量。

　　21世紀以來，資源、環保、能源、醫療等議題日趨重要，薄膜科技也精進發展許多新型的薄膜以及新的應用領域，從而躍升為全球矚目之重點產業。薄膜（membrane）為具有選擇性而分隔兩相物質的阻礙層，因具有選擇性分離的能力，應用層面廣泛。薄膜科技其實早就深入於我們的日常之中，例如家用的逆滲透濾水器、吸塵器附加的HEPA濾網、醫療用的腎透析設備等。

　　薄膜科技為高度跨領域的學門，從化學合成、材料結構設計、輸送現象與單元操作、模組設計、程序整合到經濟效益與成本評估等，而其應用領域更從傳統的物質分離純化橫跨到電化學、環境工程與生物醫學等。因此，筆者一路走來，就以建立跨領域合作以及團隊為職志。投入薄膜科技的研究四十餘年來，在教學與研究崗位上孜孜不倦，致力於推廣薄膜科技教育以及產業發展。透過中原大學薄膜中心的成立，在經濟部科專計畫以及教育部頂尖研究中心計畫的支持下，實現了跨領域與產學合作的團隊與平台，除以此團隊為核心積極參與薄膜科技的國際學術活動，從而奠立我國在國際學術社群的地位以及聲望外，也經由中原大學薄膜中心的業界會員制度，凝聚我國在薄膜科技產業相關的公司以及人員。基於更加齊聚我國在薄膜科技領域的學者以及業界的薄膜人的期望，進一步於2016年成立台灣薄膜學會，筆者忝任首屆理事長，在眾多前輩與後進的支持下，幸能順利地開展會務，為我國薄膜社群開展新的一頁。

　　薄膜科技的高度跨領域與學門的特性，特別需要人才的整合以及交流合作平台，讓有薄膜專才的人扎根物理化學與材料科學的能力，而攜手不同學科以及背景的人才加入薄膜科技領域，我習於將之稱為「薄膜化」。2018年從中原大學薄膜中心退休之後，筆者猶續任教於國立台灣科技大學，奔走台北中壢之間，只是以「薄膜化」為職志，盼多落下一些種子而已。然而，國內學界參與薄膜科技研究者雖不少，業界參與製膜與用膜領域相關者也眾，但在大專院校中的薄膜專業課程卻寥寥無幾，筆者雖在中原大學教授薄膜相關課程多年，也感於推廣此課程的困難。其中重要的環節之一，應為無一本適當的書籍作為系統課程的教科書以及自修者研讀學習所用之參考書，實不利於我國薄膜科技與產業的推動與發展。因此，撰寫一本薄膜科技的專門書籍，也成為近幾年來心頭的重大願望，並為「薄膜化」的重要推手。此生有幸，在諸多合著者以及學者的協助下，此書終於得以面世。

　　本書以18章涵蓋傳統薄膜科技以及新興薄膜領域，從基礎學理之說明到應用領域的解析，第一部分為薄膜科技基礎與學理篇，包括薄膜分離技術綜論、薄膜之材料、結構與模組、薄膜製備與成膜機制，以及薄膜結構鑑定技術等4章；第二部分以薄膜應用為範疇，首先依薄膜的結構與分離特性介紹微過濾與超過濾、奈米過濾、逆滲透，以及正滲透等系統，繼而橋接到緻密膜的應用課題，包括滲透蒸發以及氣體分離系統等；繼之，以特定的分離應用程序及新興的薄膜科技應用領域為題，分別論述薄膜蒸餾、薄膜生物反應器、支撐式液膜、電透析薄膜，以及應用於燃料電池的質子／氫氧根離子交換膜等；本書的最後3章，則以薄膜分離在生物科技與醫學上的應用為標的，具文闡析薄膜科技在血液淨化、藥物控制釋放系統以及組織工程等方面的應用和發展前景。除本文的內容外，在每一章結尾也提供習題俾使讀者便於自我探索閱讀的理解程度和評估自我修習的成效，所附之參考文獻也有利於讀者進行更廣泛而深入的閱讀。初學的人可以透過本書完整地認識薄膜科技，而學者也能夠由垂直深入以及水平連結，從而整合對薄膜科技的技術以及知識。

　　期待本書能成為人才培育「薄膜化」的平台和媒介，擴展薄膜知識的傳播，書中容有不足與錯誤之處，還請不吝賜知，而後老驥伏櫪，才俊接棒，俾能連木成林，有所建樹。