泡沫分离技术的现状及研究进展
泡沫分离技术及其在蛋白分离中的应用
及发展大致可以看出，泡沫分离 的应用可以分为两大类。一类是 本身为非表面活性物质（如铜、 锌、银、镉、铁、汞等金属类物 质），需通过配位或其他方法使 其具有表面活性，这类体系被广 泛地下用面本于文工将业就泡污沫水分中离技各术种及金其在属离 子质的分离分蛋离白回质中收的，应以用作及一海个水简单中介铀、 钼绍、铜等的富集和原子能工业中
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含放射性元素锶的废水的处理； 另一类是本身具有表面活性的物
蛋白质和酶的分离浓缩
泡沫分离蛋白质主要是由于蛋白质具有一定 的表面活性能够吸附于气液界面，因此知道能够 利用泡沫分离技术分离提取的蛋白质首先应具有 一定的表面活性，但并非拥有表面活性的蛋白质 就能够用泡沫分离法进行分离。目前能够利用泡 沫分离技术成功分离出的蛋白质有：磷酸酶、链 激酶、蛋白酶、血清白蛋白、溶菌酶、胃蛋白酶、 尿素酶、过氧化氢酶、明胶、大豆蛋白、卢一酪 蛋白、抗菌肽类等一系列蛋白质。
泡沫分离技术的操作方式
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分离技术的基本流程：间歇式和连 续式
连续式泡 沫分离装 置与间歇 式没有什 么本质区 别，只是 含表面活 性剂的料
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• 应用连续型泡沫分离装置，便于工业化、自动化生产。
• 三种不同的连续型泡沫分离装置分别为浓缩塔（精 馏塔）、提取塔（提馏塔）、复合塔（全馏塔），可 根据不同目的选择不同的塔。
泡沫分离的简介
泡沫分离，又称泡沫吸附分离技术，是一种用来分离金属离子、 胶体、分子及沉淀等物质的一种新型分离方法，并在发展过程中逐渐 作为一种单元操作加以研究。至今为止，泡沫分离技术不但在矿物浮 选的应用上已经相当成熟，并已成功应用于很多表面活性物质（诸如 蛋白质、酶、胶体、合成洗涤剂等）的分离。近年来，科学研究者们 仍在不断探索更高效、环保、适于工业化操作的泡沫分离操作方式， 并不断尝试分离新的活性物质以满足现代社会及工业的需求。继用泡 沫分离技术从溶液中回收微量金属离子的相关研究开始之后，随着对 整个分离过程的原理、机制、操作方式、分离条件的深入研究，泡沫 分离技术的应用范围逐渐扩大到蛋白质、DNA、酶等各种生物活性 物质以及合成洗涤剂的分离。其环保、温和、操作简单的特点无疑将 使其在有关生物、环境、食品、化工等工业中得到更加广泛的应用。
含铜和含锌溶液的吸附泡沫分离技术的研究
含铜和含锌溶液的吸附泡沫分离技术的研究发表时间：2015-02-03T16:43:43.497Z 来源：《教育研究·教研版》2015年1月供稿作者：王优然[导读] 泡沫吸附分离低浓度的含锌溶液的操作参数影响规律分析。
王优然近年来，泡沫分离技术发展的越来越快。
下面我们就来分一下含铜和含锌溶液的泡沫分离技术的发展状况。
1 泡沫分离法的应用与发展 1.1 泡沫分离法发展情况。
泡沫分离法是一项利用物质在气泡表面上吸附性质的差异进行分离的技术，在20 世纪初泡沫浮选就已广泛应用于矿冶工业，但针对离子、分子、胶体及沉淀的泡沫吸附分离技术，则是近30 年中发展起来的一种新型分离技术。
1.2 泡沫分离法分析。
泡沫分离法是基于溶液中溶质间表面活性的差异，使得表面活性强的物质优先吸附于分散相与连续相的界面处，然后通过鼓泡使溶质选择性的聚集在气- 液界面并借助浮力上升至溶液主体上方形成泡沫层，从而实现分离、浓缩溶质或净化液相主体的目的。
这项技术具有设备简单、耗能低、适合于低浓度溶液的分离回收、处理量大等特点，因此在许多领域都得到广泛的应用。
2 泡沫吸附分离低浓度的含锌溶液的操作参数影响规律分析 2.1 气体流量的影响。
气体流量的影响主要体现在塔的流体力学特性的改变上。
从理论上来讲，气体流量越大越有利于分离，但在一段反应时间后，随着气体流量的增大浓缩比反而减小，这是因为气体流量过大会导致溶液的气含率较高，气泡在溶液中的停留时间变短，易引发气泡破碎、合并，因此浓缩比下降。
但是气体流量增大，单位时间内产生的气泡数增多，总的传质面积也增大，结果使单位时间的传质量增加。
2.2 液位高度的影响。
事实上，液位高度的所产生的影响并不十分显著，但是也可以作为影响因素来研究。
总的来说，液位的高低决定了塔内的压力，如果液位过高，那么液体向下流的速度就会减慢，这样就会使反应的时间过长，不利于试验的进行，但是如果液面的高度过低，则会产生反应过快，而且反应不充分的现象。
泡沫分离(ppt文档)
灭；当水溶液中含有表面活性剂时，产生的泡沫则能长时间维持不消失。
制造泡沫的方法：
A. 使气体连续通过含表面活性物质的溶液并搅拌，或通过细孔鼓 泡使气体分散在溶液中形成泡沫；（泡沫分离） B. 将气体先以分子或离子的形式溶解于溶液中，然后设法使这些 溶解气体从溶液中析出，从而形成泡沫。
泡沫分离
（foam separation）
主要内容
•泡沫分离的发展历程 •泡沫分离的定义和分类 •泡沫分离的基本原理 •泡沫分离的设备 •泡沫分离的特点和应用 •泡沫分离技术的发展趋势
一、泡沫分离的发展历程
1915年，泡沫分离开始应用于矿物浮选。
20世纪50年代末，首先是从溶液中回收金属离子的课题开始，前期研 究了泡沫分离金属离子的可行性，然后建立了金属离子与表面活性剂 离子之间相互作用的扩散－双电层理论。
若溶液中含离子型表面活性剂，应进行修正：
n为与离子型表面活性剂的类型有关的常数。 完全电离的电解质类型 n＝2；
在电解质类型溶液中还添加过量无机盐时 n＝1。
在b点之前，随着溶液中表面 活性剂浓度c增加，Γ成直线 增加：
b点后溶液饱和，多余的表面活性 剂分子开始在溶液内部形成“胶 束”，b点的浓度即为临界浓度 (CMC)。
四 泡 结 构
若是三个以上，如四个气泡聚集在一起时，最初可 能形成十字形或其他结构，但它是不稳定的，在相邻气 泡间的微小压力差作用下，膜会滑动，直至转变成三泡 结构的稳定形式。这也是泡沫层内排液的主要原因。
四、泡沫分离的设备
泡沫吸附分离技术主要包括分离对 象物质的吸附分离和收集两个基本过 程。与之相对应，实验设备主要包括 泡沫塔和破沫器两个部分。
泡沫分离蛋白质
泡沫分离技术及其在蛋白分离中的应用03级硕士高强食品学院摘要：本文主要介绍了泡沫分离技术的原理、研究方法、影响因素及其应用状况，并对存在的问题和前景作了叙述。
关键词：泡沫分离吸附水溶液泡沫分离是20世纪初发现的一种新的分离技术,它是基于表面吸附的原理而对表面活性物质进行的分离。
泡沫分离的过程是在泡沫分离柱的底部通入某种气体或使用某种装置产生泡沫,收集泡沫就得到了某种产物的浓缩液。
下面本文将就泡沫分离技术及其在蛋白质分离中的应用作一个简单介绍。
1 泡沫分离方法的优点：(1)它特别适合于对低浓度的产品进行分离,如低浓度的酶溶液,用常规的方法进行沉淀是行不通的,如果使用泡沫法对产品先进行浓缩,就可以用沉淀法进行提取。
(2)分辨率高。
(3)富集率高。
(4)运行成本低,由于此过程不使用无机盐或有机溶剂,仅仅是有一些动力消耗,它的运行成本一般要比其它方法低。
(5)操作简便。
2 泡沫分离法的分离器形式泡沫分离法实验用的泡沫分离器材料主要有玻璃和有机玻璃，形式多为柱状分离塔。
气体分布形式有压力溶气式和气体分散式。
气体分散式分离塔底部装有气体分布器；塔顶有泡沫排出口；连续式分离器还有进料口、塔底排液口。
分离塔的直径一般为3～8cm，塔高80～120cm。
一般高径比大于10，以减少轴向返混并提供足够的气液接触时间。
离子浮选、矿物浮选用的是选矿机。
3 泡沫分离的研究方法对泡沫分离的研究主要有两种途径：3.1 分离条件实验主要研究对泡沫分离的影响因素，诸如：表面活性剂类型，浓度，pH，离子强度，气速，如果是连续分离方式还有进料浓度等。
3.2 分离器设计实验研究分离器的形式对分离的影响，要考虑进料口位置，鼓泡区高度，泡沫区高度，气体分布器孔径等。
对于蛋白质等生物大分子,它主要根据2个机理进行分离：(1)表面吸附机理,很多蛋白质分子具有较强的表面活性,它可以在泡沫的气液界面吸附。
(2)泡沫水分外排机理,即泡沫层中的泡沫上升过程中水分和蛋白质都会从泡沫中流出,但蛋白质的流出速度比水的流出速度要慢,这使得蛋白质在泡沫中富集,同时小泡沫之间的合并也促使水分流出,这也有利于蛋白质的富集。
泡沫分离技术的应用(论文)
泡沫分离技术的应用及研究进展摘要：泡沫分离技术是近些年得到重视的分离技术之一，介绍了泡沫分离技术的应用，介绍了此技术可分离细胞，可分离富集蛋白质体系，泡沫分离_Fenton氧化工艺处理表面活性剂废水，泡沫分离_Fenton 氧化处理炼油废水，两级泡沫分离废水中大豆蛋白的工艺，聚氨酯泡沫塑料分离富集石墨炉原子吸收光谱法测定痕量金，硅片线锯砂浆中硅粉与碳化硅粉的泡沫浮选分离回收，超滤与泡沫分离内耦合应用于表面活性物质浓缩分离的实验研究，重点研究了此技术分离皂苷的有效成分。
关键词：泡沫分离；富集蛋白质；泡沫浮选法；两级泡沫分离；聚氨酯泡沫塑料分离；超滤与泡沫分离0 前言泡沫分离技术可用于分离各种物质——小到离子而至粗大的矿石颗粒。
泡沫浮选法精选矿石已有60年以上的历史。
虽然1937年Langmuir 等已发现离子也有可能应用浮选来提取,可是直到1959年才由Sebba提出泡沫浮选也可能应用于分析技术中。
但实际应用于分析分离还只是近十年左右才实现的。
到目前为止已对Ag、As、Au、Be、Bi、Cd、Ce、Co、Cr、Cu、F、Fe、Hg、In、Mn、Mo、Ni、Pb、Pd、Pm、Ra、Re、Sb、Th、U、V、W等元素以及一些有机物的泡沫分离作了广泛的研究。
1 泡沫分离技术的简介泡沫分离技术是通过向溶液中鼓泡并形成泡沫层，将泡沫层与液相主体分离，由于表面活性物质聚集在泡沫层内，就可以达到浓缩表面活性物质或净化液相主体的目的被浓缩的物质可以是表面活性物质，也可以是能与表面活性物质相结合的任何物质吸附作用使气泡表面的溶质浓缩，清除在液体表面上形成的泡沫，即可除去被浓缩的物质。
泡沫分离是吸附性气泡分离技术中的一种，由于气泡能够以极少量的液体提供极大的表面积，因此如果某种溶质能够选择性地吸附在气液界面，该溶质在泡沫中的浓度将大于其在主体液相中的浓度。
这种技术最初用于矿物浮选、污水处理等领域。
近年来，基于其在生物医药和食品工业领域的巨大应用潜力，泡沫分离技术在生物分离特别是分离稀溶液中蛋白质的过程中受到了越来越多的关注，因此泡沫分离技术是近些年得到重视的分离技术之一。
泡沫分离技术分析
➢ 在20世纪初期，多种浮选药剂的发现促进了泡沫浮选 分离法的进一步发展。
➢ 在1967年，Karger等人向IUPAC提出建议将泡沫分离 技术分为矿物浮选、粗粒子浮选、细粒子浮选、沉淀 浮选、离子浮选、分子浮选和吸附浮选七种。
淀粉
纤维素
（一）浮选机
将复杂体系（通常为矿浆）装入浮选机内部，然后浮选 机会通过机械搅拌的抽吸作用或充气管道充入空气。空气与 矿浆在两相混合区进行混合，机械叶片不断搅拌产生泡沫， 然后从泡沫区出口排出成为泡沫产物。
（二）浮选柱
相对于浮选机而言，浮选柱的成本更低廉，安装更容 易，泡沫层更厚。它在单体矿粒的回收方面有着很好的效 果，但不适于粗矿粒或连生体的回收。
加入pH调节剂可以提高泡沫浮选的效率。加入活 化剂可以使待分离组分被捕收剂更好地吸附。加入无 机抑制剂可以较好地分离多混合体系，例如混合精矿 的分离。
活化剂
抑制剂（如 重铬酸钾）
（四）有机调整剂
在浮选过程中，常常也会添加一些有机调整剂来提 升浮选效果。这些有机调整剂通常为高分子化合物，能 够起到抑制和絮凝沉降的作用。例如淀粉和纤维素就可 以用做非极性矿物的抑制剂和赤铁矿的选择絮凝剂。
积
庞大的稀料液；
5.可直接用于处理含有细胞或细胞碎片的料液；
6.只要操作条件设计合理，可获得很高的分离效率。
局限性
一、表面活性剂多为高分子化合物，消耗 大且难以回收。 二、能维持稳定泡沫层表面活性剂少；难 以控制其在溶液中的浓度。 三、影响因素过多，如溶液的pH值，表面 活性剂浓度，温度，气流速度，离子强度。 此外，泡沫的性质、层高、排沫方式、搅 拌等也是影响泡沫分离的因素
泡沫分离技术及其发展现状概要
泡沫分离技术及其发展现状摘要:探讨了泡沫分离技术的原理、泡沫分离设备及泡沫分离技术的研究进展。
泡沫分离过程的性能受很多因素的影响,例如,进料液浓度、气泡尺寸、气体流量、泡沫的排液、进料位置、聚并、温度等。
阐述了现有的几种新技术,如低重力条件操作、通过压力梯度而提高分离效率。
此外,还简要介绍了泡沫分离塔中传质单元数和传质单元高度的概念。
关键词:泡沫分离;表面活性剂;吸附,分离因子;聚并泡沫分离技术 (Foam Fractionation,又称泡沫吸附分离技术 (Adsorptive bubble separation technique ,是 20世纪初发现的一种新型分离技术。
这种分离技术最初用于矿物的浮选,后来又被用于脱除废水中的表面活性物质 (如表面活性剂、蛋白质、酶等和洗涤剂;或提取可与表面活性剂络合或鳌合在一起的物质, 如金属离子; 也可作为一种浓缩过程, 对含有表面活性剂的废水进行处理; 在生化制品领域中, 还可以通过泡沫分离技术进行病毒分离以及蛋白质、酶的提炼。
为统一泡沫分离的概念, 1967年 Karger 、 Grieves 等人共同建议把泡沫分离技术方法按照图 1分类图 1 泡沫分离技术方法分类泡沫分离技术在工业中成功应用的实例很多, 还有一些应用尚处在实验室研究阶段。
目前有关泡沫分离技术, 很多学者从不同的角度对设计参数进行了深入的研究, 以期提高各种泡沫分离技术及分离设备的效率, 并希望将这一技术大规模、高效的应用于工业中。
在本文中,对泡沫分离技术的应用现状和设备进行了综述和分析。
1 泡沫分离技术的原理泡沫分离的过程是通过在液相底部通入某种气体或使用某种装置产生泡沫, 收集泡沫就得到了某种产物的浓缩液。
泡沫分离技术是根据表面吸附原理,基于溶液中溶质 (或颗粒间表面活性的差异, 表面活性强的物质优先吸附于分散相与连续相的界面处, 通过鼓泡使溶质选择性的聚集在气——液界面并借助浮力上升至溶液主体上方形成泡沫层, 从而分离、浓缩溶质或净化液相主体的过程。
泡沫分离技术及其模型的研究进展
附 在 自下 而 上 的 气 泡 表 面 ， 在 溶 液 主 体 上 方 形 成 泡 沫 层 ， 排 出 的 泡 沫 消 泡 ， 获 得 泡 沫 液 （ 质 的 并 将 可 溶 富 集 回收 ） 在 连 续 操 作 时 ， 体 从 塔 底 排 出 ， 以 直 接 排 放 ， 可 以 作 为 精 制 后 的 产 品 液 。 ； 液 可 也
分 ， 通 过加 入适 当的表 面活性 剂 ， 可 以把 这 类 组 分 吸 附 到 气 泡 表 面 上 ， 附 作 用 可 以 通 过 形 成 整 合 、 吸 静 电 吸 引 或 分 子 间 力 等来 产 生 ［ ２ １ 。
分 子 吸 附 的 机 理 主 要 是 所 加 入 的 表 面 活 性 剂 （ 捕 集 剂 ） 要 除 去 的 非 表 面 活 性 组 分 间 的 范 德 华 力 或 与
基金项 目： 安徽省教育厅 自然科学基金项 目（ ０ ６ ｊ５ Ｂ） 安徽 省高校青 年教师资助项 目（ ０ ５ｑ ｌ６） ２ ０ ｋ１２ ； ２０ ｊ ｌ １ 。 作者简介 ： 汪德进 （ ９ ７ ， ， １７ 一） 男 安徽安庆人 ， 安庆 师范学 院资源 环境学 院讲 师， 研究方向 ： 重金属废水。
和氢键力 。离子 吸附 的机理 主要是 静 电力 的作用 或 离 子交换 的结果 。
阳 离 子 吸 附 ： 粒 物 中无 机 或 有 机 组 分 都 可 能 选 择 性 地 或 非 选 择 性 地 吸 附 ， 些 离 子 被 吸 附 的 能 颗 这
收 稿 日期 ：０ ７ Ｏ 一 ３ ２ ０ 一 ｌ０
相 ， 此 过程 为胶体 浮选 。 称
１ 泡 沫 分 离 的 机 理
泡 沫 分 离 技 术 是 利 用 表 面 活 性 剂 在 气 一液 界 面 的 性 质 来 进 行 溶 质 分 离 的 。表 面 活 性 剂 的 分 子 结 构 由 亲 水 基 和 亲 油 基 （ 疏 水 慕 ） 部 分 组 成 ， 它 们 溶 入 水 中后 即 在 水 溶 液 表 面 聚 集 ， 水 基 留 在 水 中 ， 或 两 当 亲
泡沫分离技术研究进展
。一般在对蛋白质或者
酶的分离中， 需要用到有机溶剂，而泡沫分离技术在分离过程中不需要添加其他 溶剂，唯一加入的外界物质就是空气，并且适合处理稀溶液，能够得到较高的富 集比 。另一方面，由于泡沫分离技术容易在表面活性剂的作用下产生气泡，所 以也被用于对废水中表面活性剂的富集与处理。目前，泡沫分离技术已在金属制 造业和渔业中实现了工业化生产，在食品工业及生化领域中，泡沫分离技术多处 于实验室研究阶段，已被用于蛋白质、多糖及生物活性物质等的分离提取 。相 信随着科技的发展泡沫分离技术会有更加广泛的应用。
0. 引言
泡沫分离技术是指以气泡为载体来分离表面活性物质的一种技术， 所以又叫 做吸附泡沫分离技术 。早在 20 世纪早期，矿物的浮选以及工业废水中表面活 性剂的回收就已经开始应用泡沫分选 。随着技术的不断发展，泡沫分离的应用 开始被拓展到生物分离领域，如分离纯化蛋白质或酶
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通过考虑液体从
plateau 边界和液膜排出，预言了柱中液体滞留量对分离的影响，但是把 plateau 边界看作刚性的；Steiner 认为表面粘度随 plateau 边界而变化，但是他们的结 果和实验观察差别很大；Desai 和 Kumar 假设
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泡沫分离技术研究进展
摘要： 文章对泡沫分离技术进行了介绍。 主要介绍了泡沫复选的原理、 影响因素。以及简要介绍了泡沫复选在现阶段的应用。 关键词：泡沫分离；影响因素；应用
Overview of foam fractionation
The foam fraction was introduced in this paper. Introduced the principle and Abstract ： the factors of effect. And introduced the applications of foam fractionation in a brief way. Key words：foam fraction；the factors of effect；ap开展了近一个世纪， 为统一泡沫分离的概念， 1964 年 Karger，Grieves 等人 共同推荐并向 IUPAC 提出一项建议，把泡沫分离 技术方法分类如下表所示： 表一 Ⅰ泡沫分离 A 泡沫分离法 B 泡沫浮选法 1. 矿物浮选 2. 粗离子浮选 3. 细粒子浮选 4. 沉淀浮选 5. 离子浮选 6. 分子浮选 C 吸附胶体浮选 Ⅱ非泡沫分离 A 鼓泡分离法 B 萃取浮选法 非泡沫分离过程需要鼓泡， 但不一定形成泡沫层，吸附分离过程在液相主体 中完成。这种分离方法又分为鼓泡分离法与萃取浮选法 。鼓泡分离法是从分离 器底部鼓入气体， 形成的气泡富集了表面活性物质上升至分离器顶部，从而完成 分离、富集的一种方法。溶剂消去法 又称作萃取浮选法、溶剂浮选法。是将一 层与水溶液不相互溶的溶剂置于溶液顶部， 利用泡沫把水溶液中的表面活性物质 萃取或者富集，从而完成分离任务。 泡沫分离包括泡沫浮选法和泡沫分离法。 泡沫浮选法是利用矿石离子和脉石 离子性质上的差异，选择合适的捕集剂，使矿物具有亲油性质，并在矿浆中加入 适量的起泡剂， 采用空气鼓泡使脉石下沉和矿石藉泡沫浮出液面，从而使矿物质 富集。 泡沫分离法是使具有表面活性的物质或能和某一类活性物质络合的溶液中 的溶质，在浮选设备中被选择地吸附在气泡表面而达到与主体溶液分离的目的。 泡沫分离技术作为一种新的分离方法，越来越受到科研人员的重视，国内外的许 多学者对其应用的研究不断增多，并且有一些己经应用到工业中。 因此被浓缩的物质可以是表面活性物质， 也可以是能与表面活性物质相结合 的其他物质。和其他分离技术相比较，泡沫分离具有设备构造简单、能耗低、成
现代分离方法与技术
现代分离方法与技术--泡沫分离学院：化学与环境保护工程学院班级：化工1201班姓名：刘卢科学号：201231204071泡沫分离技术引言泡沫分离技术是一种新兴的分离与净化技术，广泛应用于工业领域中。
通常把凡是利用气体在溶液中鼓泡，以达到分离或浓缩的方法总称为泡沫分离技术。
作为分离对象的某溶质，可以是表面活性物质和洗涤剂，也可以是能与表面活性物质相结合的任何溶质，例如矿石颗粒、沉淀颗粒、阴离子、阳离子、染料、蛋白质、酶、病毒、细菌或某些有机物质。
在间歇塔式设备内部鼓泡时，该溶质可被选择性地吸附在自下而上的气泡表面，并在溶液主体上方形成泡沫层，将排出的泡沫消泡，可获得泡沫液(溶质的富集回收)；在连续操作时，液体从塔底排出，可以直接排放，也可以作为精制后的产品液。
一、发展历程及原理泡沫分离技术是近十几年发展起来的新型分离技术之一。
泡沫分离是根据吸附的原理，向含表面活性物质的液体中鼓泡，使液体内的表面活性物质聚集在气液界面（气泡的表面）上，在液体主体上方形成泡沫层，将泡沫层和液相主体分开，就可以达到浓缩表面活性物质（在泡沫层）和净化液相主体的目的。
被浓缩的物质可以是表面活性物质，也可以是能与表面活性物质相络合的物质，但它们必须具备和某一类型的表面活性物质能够络合或鳌合的能力。
人们通常把凡是利用气体在溶液中鼓泡，以达到分离或浓缩目的的这类方法总称为泡沫吸附分离技术，简称泡沫分离技术。
泡沫分离技术的研究开发工作已开展了近一个世纪，为统一泡沫分离的概念，1967 年Karger，Grieves[2]等人共同推荐并向IUPAC 提出一项建议，早在1915年就开始应用于矿物浮选，但是对离子、分子、胶体及沉淀的泡沫吸附分离是在20世纪50年代末才引起人们的兴趣与重视，并逐渐作为一种单元操作加以研究，首先是从溶液中回收金属离子的课题开始，前期研究了泡沫分离金属离子的可行性，然后建立了金属离子与表面活性剂离子之间相互作用的扩散－双电层理论。
泡沫分离技术的应用和展望
泡沫分离技术的应用和展望郑耀洋[摘要]泡沫分离法以其能耗低、投资小尤其适用于浓度较低情况下的分离等优点在生物工程的产物分离中有相对于别的技术独特的优势。
论文介绍了泡沫分离技术及特点综述了双水相体系在各方面的应用，展望了泡沫分离技术的应用前景[关键词]泡沫分离泡沫浮选纯化废水处理泡沫分离技术是一种基于溶液中溶质（或颗粒）间表面活性的差异进行分离的一种方法。
与传统的固液分离技术（离心和膜过滤）相比，泡沫分离具有操作简单、耗能低、尤其适用于较低浓度情况下分离等优点，受到人们的重视。
泡沫分离在20世纪初就已广泛应用于矿冶工业，称之为泡沫浮选，而当时分离的对象主要是含金属的颗粒。
但针对离子、分子、胶体及沉淀的泡沫分离则是近三十年来发展起来的技术。
目前泡沫分离被广泛应用于环境保护、生物工程、冶金工业及医药卫生等领域。
]1[1 泡沫分离技术泡沫分离技术是利用表面活性剂在气一液界面的性质来进行溶质分离的。
表面活性剂的分子结构由亲水基和亲油基(或疏水基)两部分组成, 当它们溶人水中后即在水溶液表面聚集, 亲水基留在水中,亲油基伸向气相, 如果溶液中含有气泡则表面活性剂就会吸附在气泡表面上, 并随之上浮, 这样就使表面活性剂聚集在水面上, 将气泡与水分离, 即实现了脱除水中的表面活性剂。
如要除去非表面活性组分, 可通过加人适当的表面活性剂, 以把这类组分吸附到气泡表面上。
吸附作用可以通过形成整合、静电吸引或分子间力等来产生作为分离对象的某溶质, 可以是表面活性物质和洗涤剂, 也可以是能与表面活性物质相结合的任何溶质, 例如矿石颗粒、沉淀颗粒、阴离子、阳离子、染料、蛋白质、酶、病毒、细菌或某些有机物质。
在间歇塔式设备内部鼓泡时, 该溶质可被选择性地吸附在自下而上的气泡表面, 并在溶液主体上方形成泡沫层, 将排出的泡沫消泡, 可获得泡沫液(溶质的富集回收) ；在连续操作时, 液体从塔底排出, 可以直接排放, 也可以作为精制后的产品液。
泡沫分离技术
目录
一、环境领域 二、生物工程领域 三、轻工食品领域 四、泡沫分离技术的发展趋势水、鞣革 废水中分离和回收金属离子。最有价值的是 从照相、电镀和宝石的生产废水中回收有价 值的金属成分。
用泡沫分离技术可以有效去除废水溶液 中的Cu2+ 等离子 通过单因素比较法得到Cu2+的最佳 分离条件为：表面活性剂为十二烷基 硫酸钠（SDS），浓度为0.3CMC， 进气速度0.08m3/h，硫酸铜初始液浓 度为0.01g/L，装液量500mL，分离 时间10分钟，此时富集比为1.45，回 收率达45.5%。
尽管泡沫分离技术具有很多优势, 但是它也存 在着一些不足之处,如： 1.表面活性物质大多是高分子化合物； 2.消化量较大, 有时也难以回收； 3.泡沫塔内的返混严重影响分离的效率； 4.溶液中的表面活性物质的浓度难以控制等。
随着现代工业的发展, 泡沫分离技术在一 种物质的分离往往需要几种分离方法才能 达到分离的要求, 泡沫分离常常与萃取、 沉降、生化等方法共同应用于化工、生化、 食品、医药、污水处理等领域, 用以达到 更加广泛的使用领域。
糖液澄清
压榨得到的糖液，加入石灰以中和有机 酸并将部分金属离子沉淀后，鼓泡并加入 200~300ml/L的五氧化二磷与钙的作用形成 富集磷酸钙絮凝物的泡沫，加入絮凝剂聚苯 丙酰胺（PAN）6~mg/L，进行二次絮凝， 然后进行泡沫分离，这样去除杂质，得到较 纯净的糖液。
四、泡沫分离技术的发展趋势
二、生物工程领域
3、分离皂苷有效成分
皂苷是一种优良的天然非离子型表面活性成 分，具有亲水性的糖体和疏水性的皂苷，并 且具有良好的起泡性，因此可用泡沫分离技 术来从天然植物中提取皂苷。日前，人参皂 苷和三七皂苷等中药皂苷类有效组分的富集 分离都使用泡沫分离技术。
泡沫分离
对于非离子型表面活性剂， 对于非离子型表面活性剂，上图曲线更接近于 Langmuir等温方程： 等温方程
Γ=K/K`
K,K泡沫的形成和组成部分: • 泡沫是由被极薄的液膜所隔开的许多气 泡所组成的。 泡所组成的。 • 当气体在含活性剂的水溶液中发泡时， 当气体在含活性剂的水溶液中发泡时， 首先在液体内部形成被包裹的气泡， 首先在液体内部形成被包裹的气泡，在 此瞬时， 此瞬时，溶液中表面活性剂分子立即在 气泡表面排成单分于膜， 气泡表面排成单分于膜，亲油基指向气 泡内部，亲水基指向溶液， 泡内部，亲水基指向溶液，该气泡会借 浮力上升冲击溶液表面的单分子膜。 浮力上升冲击溶液表面的单分子膜。
• 在某种情况下，气泡也可从表面跳出。此时， 在某种情况下，气泡也可从表面跳出。此时， 在该气泡表面的水膜外层上， 在该气泡表面的水膜外层上，形成与上述单分 子膜的分子排列完全相反的单分子膜， 子膜的分子排列完全相反的单分子膜，从而构 成了较为稳定的双分子层气泡体， 成了较为稳定的双分子层气泡体，在气相空间 形成接近于球体的单个气泡。 形成接近于球体的单个气泡。 • 许多气泡聚集成大小不同的球状气泡集合体， 许多气泡聚集成大小不同的球状气泡集合体， 更多的集合体集聚在一起形成泡沫。 更多的集合体集聚在一起形成泡沫。
泡沫分离按分离对象是溶液还是含有固体离子 的悬浮液、胶体溶液而分成泡沫分馏(Foam 的悬浮液、胶体溶液而分成泡沫分馏 Fractionation)和泡沫浮选 (Foam Flotation)。 和泡沫浮选 。 泡沫分馏用于分离溶解物质， 泡沫分馏用于分离溶解物质，它们可以是表面 活性剂加洗涤剂， 活性剂加洗涤剂，也可以是不具有表面活性的 物质如金属离子、阴离子、蛋白质、酶等， 物质如金属离子、阴离子、蛋白质、酶等，但 它们必须具有和某一类型的表面活性剂结合的 能力， 能力，当料液鼓泡时能进入液层上方的泡沫层 而与液相主体分离。 而与液相主体分离。 由于它的操作和设计在许多方面可与精馏相类 所以称它为泡沫分馏。 比，所以称它为泡沫分馏。
泡沫分离技术
3.影响泡沫分离的因素
3.1 温度 泡沫的稳定性一般随温度上升而下降。这主要是 由于随着温度上升泡内气体压力增加，而形成气泡 的波膜粘度下降所引起。 3.2 组分的化学性质和浓度 一般说，无机化合物水溶液中的泡沫稳定性比 许多醇、有机酸、碱或盐的水溶液的稳定性差。现 在普遍认为在临界胶束浓度所形成的泡沫最稳定。
③离子浮选和分子浮选。用于分离非表面活性物质 的离子或分子。一般采用加入浮选捕集剂与待分 离物形成沉淀物，再用泡沫吹出。 ④沉淀浮选。加入某种反应剂可选择性地在溶液中 沉淀一种或几种溶质，然后再把这些沉淀浮选出 来。 ⑤吸附胶体浮选，将胶体检子作为捕集剂置于溶液 中，选择性地吸附所需分离的溶质，再用浮选的 方法除去。
泡沫分离可应用于各种蛋白质和酶的浓缩或分离 ，其最初是用于胆酸和胆酸钠混合物中分离胆酸，泡 沫中胆酸的浓度为料液的3-6倍，活度增加65％。泡 沫分离还可用于从非纯制 剂中分离磷酸酶，从链球 菌培养液中分离链激酶，从粗的人体胚胎均浆中分离 蛋白酶。目前能够利用泡沫分离技术成功分离出的蛋 白质有：磷酸酶、链激酶、蛋白酶 、血清白蛋白、 溶菌 酶、胃蛋白酶、尿素酶、过氧化氢酶、明胶 、 大豆蛋白、β- 酪蛋白、抗菌肽类等一系列蛋白质。
4.6.1 分离糖一蛋白质混合体系
糖的提取过程中生物体内的蛋白质 也往往随之 被提取出来，蛋白质和糖类表面活性具有较大差异 ， 可以利用泡沫分离技术来实现蛋 白质和糖的初级分 离。殷钢等利用环流泡沫分离技术对牛血清白蛋 ~(BSA)、葡萄糖蔗 糖和葡聚糖 的混合体系进行分离， 实验表明在接近BSA等电点处(pH4.01蛋白质与糖， 特别是与多糖混合体系的泡沫分离效果很好，可实 现蛋白回收率 9 2 ％
通过近年的研究总结出有两大类蛋白质 适于泡沫分离，分别是和质膜结合的蛋白质 与抗菌肽类，这两类蛋白质的共同点是都有 很强的疏水性，具备了吸 附于气液界面的表 面活性，但有些蛋白质容易在吸附过程中变 性并难于复性，如何保护易变性的蛋白质或 使变性的蛋白质复性是泡沫分离蛋白质技术 急需解决的重要问题。
植物蛋白泡沫分离技术研究现状
278㊀2020Vol.46No.24(Total 420)DOI:10.13995/ki.11-1802/ts.024848引用格式:张可可,胡楠,李会珍,等.植物蛋白泡沫分离技术研究现状[J].食品与发酵工业,2020,46(24):278-283.ZHANGKeke,HU Nan,LI Huizhen,et al.Advances in foam fractionation technology of plant protein[J].Food and Fermentation Indus-tries,2020,46(24):278-283.植物蛋白泡沫分离技术研究现状张可可,胡楠,李会珍,张志军∗(中北大学化学工程与技术学院,山西太原,030051)摘㊀要㊀随着 植物蛋白基食品 发展热潮的不断兴起,植物蛋白资源的高效利用成为全球食品行业关注的焦点㊂目前植物蛋白的分离方法有碱溶酸沉法㊁色谱法㊁超滤法㊁大孔树脂吸附法等,但一定程度上存在着对蛋白破坏大㊁成本高㊁能耗大㊁易污染等缺点㊂泡沫分离因其能高度富集和回收植物浸提液中的低浓度蛋白,在浓缩回收植物蛋白中展现了较大潜力㊂该文综述了泡沫分离在浓缩和回收植物纯蛋白和植物蛋白混合体系的研究进展,对于前者而言,重点阐述了操作条件㊁装置结构和操作方式对纯蛋白分离的影响,以期为植物蛋白的有效分离提供理论参考㊂关键词㊀植物蛋白;泡沫分离;回收率;富集比Advances in foam fractionation technology of plant proteinZHANG Keke,HU Nan,LI Huizhen,ZHANG Zhijun ∗(College of Chemical Engineering and Technology,North University of China,Taiyuan 030051,China)ABSTRACT ㊀With the continuous rise of plant protein-based food development,the efficient use of plant protein resources has become the focus of global food industry.At present,the separation method of plant protein includes alkali-solution and acid-isolation,chromatography,ultrafiltration,macroporous resin adsorption,etc.However,there are many shortcomings such as the damage of the protein,high cost,high energy consumption,easy pollution and so on.Foam fractionation shows greatpotential in the industrial separation of plant proteins because it can enrich and recover the low-concen-tration proteins from their extract liquids.This paper summarized the research progress of concentrating and recovering plant pure protein and plant protein in the mixing system.Moreover,it focused on the effects of operating conditions,device structure and operation modes on the separation of pure protein in order to provide theoretical references for the efficient separation of plant protein.Key words ㊀plant protein;foam fractionation;recovery percentage;enrichment ratio第一作者:硕士研究生(张志军教授为通讯作者,E-mail:zjzhang@)㊀㊀基金项目:山西省青年科学基金(201901D211271);山西省科技厅重点研发计划(社会发展)项目(201803D31060);山西省转型综改试验区晋中开发区科技研究项目资助;山西省高等学校科技创新(省立省资助)项目(2020L0270);中北大学2019年校科研基金(XJJ201910)收稿日期:2020-06-23,改回日期:2020-07-16㊀㊀随着 植物蛋白基食品 发展热潮的不断兴起,植物蛋白资源的高效利用成为全球食品行业关注的焦点㊂植物蛋白广泛存在于植物的种子㊁果实和叶子中,是人类摄入蛋白的主要来源之一,与动物蛋白相比具有抗高血压㊁降胆固醇㊁抗肿瘤㊁抗微生物㊁预防慢性疾病等优异功效[1]㊂居民膳食蛋白质[2]研究表明未来的饮食方向是减少肉类蛋白质而增加植物来源的蛋白质在饮食中的比重,所以开发高效分离植物蛋白的工艺和方法具有重要意义㊂1㊀植物蛋白的分离方法目前植物蛋白的分离方法主要有碱溶酸沉法[3-4]㊁盐溶酸沉法[5-6]㊁生物酶法[7-8]㊁超声破碎法[9-10]㊁热水浸提法[11-12]㊁超声波辅助提取法[13-14]㊁泡沫分离法[15-16]㊁色谱分离法[17-18]㊁超滤法[19-20]和大孔树脂吸附法[21-22],各方法的优缺点如表1所示㊂其中,泡沫分离是一种利用气体为分离介质以达到分离和浓缩目的的新兴技术,针对植物浸提液中的低浓度蛋白质,该技术可实现其的高度富集和回收,降低其后续纯化和产品化难度;其次,泡沫分离设备简单,易于放大,操作条件温和,对蛋白质的活性影响小,因此在降低植物蛋白分离成本和保证蛋白功能性方面具有巨大潜力㊂本文将综述泡沫分离在浓缩回收植物蛋白质方面的应用情况,包括分离纯蛋白和蛋白混合体系工艺研究两方面㊂表1㊀植物蛋白质浓缩回收方法的汇总Table1㊀Summary of the methods for enriching and recovering plant protein提取方法优点缺点碱溶酸沉法工艺简单,提取率高,生产成本较低高温㊁强酸强碱条件易变性,蛋白色泽加深,消耗大量的酸和水,脱盐纯化难度大加酶提取法条件温和,减少水的消耗,保证蛋白质质量生产成本高超声波辅助提取法耗时短,蛋白提取率高影响蛋白质结构和功能热水浸提法成本较低,清洁,无污染营养物质破坏多色谱分离法快速准确,能够分离性质差别很小的化合物溶剂和固定相的选择较困难,洗脱时,容易造成溶剂浪费超滤法操作简单,条件温和,易于放大超滤膜容易污染,不能分离分子质量相近的蛋白大孔树脂吸附法吸附量大,选择性好,设备简单,操作方便,使用周期长,节省费用前处理复杂,使用前需要彻底去除致孔剂等有毒物质泡沫分离法设备简单,适用于低浓度的溶液,提取率高对高浓度的溶液分离效率较低盐溶酸沉法提取率高,不破坏蛋白灰分含量高,蛋白质溶解度低超声破碎法目标物质提取效果好,纯度高耗时耗能,提取率较低2㊀泡沫分离植物纯蛋白的研究进展2.1㊀工艺条件对泡沫分离植物蛋白的影响植物蛋白浸提液的溶液性质是影响其泡沫分离效果的重要因素,溶液初始浓度㊁温度[23]㊁离子浓度[24]和pH是研究者经常考察的关键因素,除此之外,进液量㊁气速㊁气体分布器孔径大小[23]和鼓泡时间[25]等操作条件同样不可忽视㊂(1)蛋白初始浓度㊂蛋白初始浓度通过影响溶液的表面张力影响泡沫起泡性,蛋白浓度越高表面张力越低,泡沫的发泡能力越强,排液速率越慢,回收率升高而富集比降低㊂为了形成稳定的泡沫层,蛋白质的浓度要在临界胶束浓度以下进行[26]㊂(2)pH值㊂pH值通过改变蛋白质的结构来影响蛋白质集聚,在pH等于等电点时,蛋白质所带静电荷为零,蛋白质分子周围的双电层消失,气泡表面液膜的厚度减小,泡沫排液速率加快,蛋白质分离效果最好[27]㊂李轩领[28]在提取亚麻籽蛋白时,富集比和回收率在其等电点pH等于3时达到最大㊂(3)进气速度㊂随着气速的增加,泡沫在分离柱内的时间缩短,减少了排水的时间所以富集比降低,泡沫量随之增加,使得回收率升高㊂(4)装液量㊂在泡沫分离过程中,装液量不同,其液相压力就不同,压力对气泡的大小和分布都有影响,分离效果随着液相压力的增大先明显增大,进而增加平缓,当压力增大到一定值,分离效果降低[29]㊂(5)温度㊂温度是影响液相吸附和泡沫相排液的因素之一,吸附是放热过程,而温度升高,则阻碍放热的进行,溶液的黏度随温度的升高而下降,有利于泡沫层排液[30]㊂(6)气体分布器㊂气体分布器孔径是控制气泡大小的重要因素,小的气泡有利于增大气液传质的比表面积,且在液相中上升的速度慢,有利于蛋白质的吸附,使得富集比增大[31]㊂(7)离子强度㊂增大离子强度可以改善蛋白在气-液界面处的吸附,提高排液,增加泡沫的稳定性,加大泡沫产量提高回收率㊂刘海滨[32]㊁刘颖[33]对桑叶㊁紫花苜蓿叶㊁菠菜叶以及亚麻籽㊁甘薯等蛋白浓缩和回收工艺进行了优化(见表2),表明泡沫分离能够高效富集和回收植物蛋白,对充分开发植物蛋白资源具有重要意义㊂表2㊀泡沫分离植物蛋白的工艺研究进展Table2㊀Research progress of the foam fractionationof plant protein植物蛋白种类影响因素成果参考文献桑叶蛋白蛋白质的浓度㊁装液量㊁pH值㊁气速回收率92.50%富集比7.63[32]紫花苜蓿叶蛋白蛋白质的浓度㊁pH值㊁气速㊁装液量回收率90.2%富集比7.64[32]亚麻蛋白亚麻蛋白浓度㊁NaCl浓度㊁原料液pH值㊁装液量回收率95.8%富集比9.80[28]甘薯蛋白进料浓度㊁pH㊁气流量㊁装液量㊁鼓泡时间回收率84.1%富集比为1.25[33]菠菜叶蛋白蛋白稀释倍数㊁pH值㊁气速㊁温度回收率81.56%富集比14.94[34] 2.2㊀装置结构对泡沫分离植物蛋白的影响装置结构直接影响泡沫分离植物蛋白的富集比㊂泡沫分离植物蛋白质的富集比是决定蛋白质后续纯2020年第46卷第24期(总第420期)279㊀280㊀2020Vol.46No.24(Total 420)化的关键指标,也是评价蛋白分离效果的直接表征㊂强化液相吸附和泡沫相排液是提高植物蛋白质的富集比的直接手段㊂在强化液相吸附方面,张哲等[35]开发了一种液相安装垂直筛板构件的新型泡沫分离塔,能有效增加大豆蛋白的吸附密度并缩短平衡时间,与传统液相无构件的泡沫分离塔相比,大豆蛋白的密度提高了58.8%㊂王连杰[36]分离大豆乳清蛋白时,在泡沫分离塔中加入折流板来强化气-液界面的吸附(图1),一方面增加了气泡在液相中的停留时间,另一方面减小了蛋白质分子在气液界面的传质阻力,与对照塔相比,气-液界面蛋白质的质量流率和气-液表面过剩分别提高了153%和193%㊂图1㊀折流板构件的三维结构图Fig.1㊀3D structure diagram of the baffle plate components为了促进泡沫相排液,孙景辉[37]设计了一种新型泡沫分离塔即泡沫相部分水平泡沫塔,如图2所示,以牛血清蛋白为研究体系,得出泡沫相部分水平泡沫分离塔的富集比是对照直塔的1.8倍㊂李瑞[38]和杨全文等[39]以牛血清蛋白为研究体系,把螺旋内构件应用到泡沫分离过程中来强化泡沫排液,富集比分别提高1.85倍和2.5倍㊂吴兆亮等[40]开发了2种由截流板和导流筒组成的促进泡沫排液的设备,以乳酸菌肽发酵液为研究体系,发现上口封闭带小孔的导流筒Ⅱ能非常显著的降低出口持液率,其富集比是简单泡沫塔的2.42倍㊂卢珂等[41]设计了一种在泡沫相加内套筒的泡沫分离塔,以牛血清蛋白为研究体系,与没有加内套筒的对照塔相比,加内套筒的实验塔降低了持液量,加速了泡沫的变大和聚并,提高了牛血清蛋白富集比,而且牛血清蛋白的富集比随着加入内套筒长度的增加而增加㊂从简单泡沫分离塔到倾斜泡沫分离塔再到内构件泡沫分离塔,研究者不断开发在温和条件下利于泡沫相排液的内构件,其中带螺旋内构件的泡沫分离塔,由于螺旋离心力作用,气泡和气泡之间的液体逆流流动阻力更小,富集比相较于其他构件高㊂图2㊀部分水平泡沫分离塔Fig.2㊀Part of horizontal foam fractionation tower2.3㊀操作方式对泡沫分离植物蛋白的影响泡沫分离有间歇式㊁连续式和分级式3种操作方式,通过料液是否一次性加入㊁鼓泡时间是否连续和有无残液排出来判断间歇式和连续式;分级式是将回收的泡沫液再次鼓泡,有多塔多级和单塔多级2种形式㊂孙瑞娉等[42]设计的两级泡沫分离提取大豆蛋白,如图3所示,既能提高富集比又能增大回收率,第一级的泡沫分离使大豆蛋白质的富集比尽可能高,具体数值为7.71,第二级的泡沫分离使蛋白质的回收率尽可能高,总回收率为82.75%㊂表3总结了采用不同操作方式及其相应回收率大小,可以发现两级泡沫分离的采用能够明显提高单级(间歇或连续)的蛋白质分离效果㊂图3㊀两级泡沫分离大豆蛋白工艺流程图Fig.3㊀Process Flow Chart of two-stage foamfractionation of soybean protein3㊀泡沫分离植物蛋白混合体系的研究进展3.1㊀蛋白质-糖混合体系植物蛋白质在提取过程中多糖往往也随之提取出来,因此去除提取混合物中的多糖成为植物蛋白质提纯的关键步骤㊂理论上多糖不是表面活性物质,泡2020年第46卷第24期(总第420期)281㊀表3㊀泡沫分离植物蛋白过程中不同操作方式对蛋白回收率的影响Table 3㊀Effect of different operating methods on protein recovery rate during foam fractionationplant protein操作方式植物蛋白种类回收率参考文献两级式大豆蛋白㊀82.75%[42]两级式大豆蛋白㊀80%[43]两级式马铃薯蛋白73.4%[44]两级式杏仁蛋白㊀71.19%[25]间歇式大豆蛋白㊀30.6%[45]连续式甘薯蛋白㊀84.1%[33]沫分离法可以得到高纯度的蛋白质并能使一同浸出的多糖不受破坏㊂实际上蛋白质和多糖并不是独立存在的,二者可发生复合反应[46]㊂李轩领[28]以未脱胶的亚麻籽饼粕为原料提取亚麻籽蛋白时,提出了一种新的增加分离效果的策略,以CO 2为载气,降低溶液pH,使得亚麻胶水解,从而破坏酸性多糖和蛋白质的结合,最终提高亚麻籽蛋白质的回收率和富集比,超过空气直接泡沫分离10%以上㊂通过弱化植物蛋白质和多糖之间的相互作用,成为泡沫分离蛋白质-糖混合体系的研究重点㊂3.2㊀蛋白质-蛋白质混合体系植物蛋白质多以混合蛋白的形式存在[47],针对二元蛋白质混合体系,寇倩云等[48]建立了牛血清白蛋白和溶菌酶混合溶液的初始泡沫高度㊁泡沫半衰期与其各自浓度的关系式[公式(1)以及公式(2)],为分离蛋白质二元体系提供了理论基础㊂不过对于三元蛋白质混合体系的泡沫分离机理还需进一步研究[47]㊂此外,还可基于蛋白质等电点不同的原则,加入阴离子或阳离子表面活性剂与其中一种蛋白质结合,来提高另一种蛋白质的回收率㊂SUZUKI 等[49]通过加入阴离子表面活性剂选择性的分离卵蛋白和溶菌酶㊂TADASHI 等[50]根据溶菌酶和α-淀粉酶的等电点不同,在不同pH 条件下,选择性的进行了分离,图4为不同pH 条件下,溶菌酶和α-淀粉酶的SDS-PAGE 图谱㊂Hf =mγ0-RT ω1ln (1+k 1c 1)-RT ω2ln (1+k 1c 1+k 2c 21+k 1c 1)+n(1)t 1/2=t 0M bγ0-RT ω1ln (1+k 1c 1)-RT ω2ln (1+k 1c 1+k 2c 21+k 1c 1)[]b-1{}(2)图4㊀溶菌酶和α-淀粉酶在不同pH 下的电泳图Fig.4㊀Electrophoretogram of lysozyme and α-amylaseat different pH values4㊀结论植物蛋白因其具有优异的功效已引起学术界和工业界的浓厚兴趣,未来具备实现商业化的潜能㊂但植物蛋白常用的浓缩回收方法存在许多局限性,泡沫分离在植物蛋白的浓缩和回收中展现了巨大的潜力,不仅可通过设计泡沫分离的操作条件㊁分离装置来调控植物蛋白的分离,还可通过多级泡沫分离来实现㊂因此,充分利用泡沫分离的所有优点,可以显著促进泡沫分离植物蛋白的工业化进程㊂然而,大部分植物蛋白并不是独立的存在,蛋白质与其他物质的结合使得泡沫分离在该领域还面临诸多问题和挑战㊂未来泡沫分离在植物蛋白富集和回收方面的研究可从以下几个方面进行突破㊂(1)优化泡沫分离富集㊁回收蛋白的工艺条件㊂根据不同蛋白质的特性选择最优的泡沫分离工艺,确定蛋白浓度㊁温度㊁pH㊁进液量㊁气速等操作条件,解决分离过程中回收率㊁富集比不高的问题,加速泡沫分离制备植物蛋白的产业化进程㊂(2)泡沫分离针对分离多种蛋白混合物和蛋白多糖混合物的数据偏少,对蛋白质混合物的分离还需要深入研究,从而更有效地指导实际复杂植物蛋白体系的分离和回收㊂参考文献[1]㊀胡苗苗,杨海霞,曹炜,等.植物蛋白质资源的开发利用[J].食品与发酵工业,2012,38(8):137-140.HU M M,YANG H X,CAO W,et al.The development and current situation of plant protein utilization[J].Food and Fermentation In-dustries,2012,38(8):137-140.[2]㊀罗洁霞,徐克.我国居民家庭膳食蛋白质和脂肪摄入量比较[J].中国食物与营养,2019,25(2):79-83.LUO J X,XU parative research on protein and fat intake of chinese residents[J].Food and 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泡沫浮选分离技术应用进展
第35卷第2期辽 宁 化 工Vol.35,No.2 2006年2月Liaoning Chemical Industry February,2006泡沫浮选分离技术应用进展张海明,李成海,唐雅娟(广西大学化学化工学院,广西南宁530004)摘 要: 综述了泡沫浮选在分离固体粒子、分离溶液中的离子、分子,处理工业废水、油田开发、脱墨、土壤的清洗、回收、浓缩生物活性物质、分离全细胞的应用,并提出将来的发展方向。
关 键 词: 泡沫;泡沫浮选;应用;进展中图分类号: TQ028.9+4 文献标识码: A 文章编号: 10040935(2006)02009204泡沫浮选是一项利用物质在气泡表面上吸附性质的差异进行分离的技术,根据被分离介物质的不同它可以分为两类:一类是本身具有表面活性的分离以及各种天然或合成表面活性剂的分离例如医药生物工程中蛋白质、酶、病毒的分离;另一类是本身为非表面活性剂,但可以通过配合或其他方法使其具有表面活性,这类体系的分离被广泛地用于工业污水中各种金属离子如铜、锌、镉、铁、汞、银等的分离吸收[1]。
人们通常把凡是利用气体在溶液中鼓泡,以达到分离或浓缩目的的这类方法总称为泡沫浮选分离技术,简称泡沫浮选技术。
泡沫浮选分离技术的研究开发工作已开展了近一个世纪,为统一泡沫分离的概念,1967年Karger,Grieves等人共同推荐并向I UPAC提出一项建议把泡沫分离技术分为下列7种:矿物浮选、粗粒子浮选、细粒子浮选、沉淀浮选、离子浮选、分子浮选和吸附浮选[2]。
1 泡沫浮选分离器研究进展自浮游选矿法1860年被应用以来,研制了多种浮选机。
1920年研制成的下部充气式浮选机成为主要机型,现在还正被广泛应用。
在下部充气式浮选机中,采用叶轮作为空气泵的机构吸入空气的方法,或强制的吹入加压空气的方法充气,同时采用叶轮剪切的方法提高矿粒的回收率。
近年来,浮选槽实现了大型化,斑岩铜矿浮选的粗选回路正在应用容积为100~200m3的浮选机。
泡沫吸附分离技术
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Hu, N.; Li, Y.; Yang, C.; Wu, Z.; Liu, W., J Hazard Mater 2019, 379, 120843.
泡沫分馏法脱除水中残留铬 水中镓的浮选分离
背景介绍一基本条件
泡沫分离必须具备的基本条件
1. 所需分离的溶质应该是表面活性物质或者是可以和某种活性物 质相络合的物质, 它们都可以吸附在气-液界面上
2. 富集质在分离过程中借助气泡与液相主体分离, 并在塔顶富集
➢ 传质过程的主体部分在鼓泡区中, 所以表面化学和泡沫本身 的结构和特征是泡沫分离的基础
水中的表面活性剂获得成功 ✓ 1977 年报道泡沫分离法用于DNA.蛋白质
以及液体卵磷脂等生物活性物质的分离 ✓ ······
矿物浮选工作原理图
背景介绍一原理
泡沫分离的原理
当溶液中需要分离的溶质本身为表面 活性剂时, 利用惰性气体在溶液中形成 的泡沫, 即可将溶质富集到泡沫上, 然 后将这些泡沫收集起来, 消泡后即可得 到溶质含量比原料液高的泡沫液
3展 望
➢ 水处理 ➢ 金属浮选 ➢ 蛋白质分离 ➢ 反应器结构优化
研究进展一水处理
之前存在的问题: 泡沫不稳定 气液界面吸收效率低
添加二氧化硅纳米颗粒在吸收阶段有利于泡沫的稳定, 有利于气液界面的 传质, 提高了LAS的吸收效率, 在回收阶段提高回收效率, 降低成本
Hu, N.; Li, Y.; Yang, C.; Wu, Z.; Liu, W., J Hazard Matபைடு நூலகம்r 2019, 379, 120843.
泡沫分离技术综述论文---精品模板
泡沫浮选分离技术--曹肖烁摘要：综述了泡沫浮选技术的定义、分类以及原理,介绍了泡沫浮选分离技术中使用的试剂（捕收剂、起泡剂、活化剂、无机调整剂、有机调整剂）、浮选机械等因素对分离效果的影响，并介绍了泡沫浮选分离技术的应用，指出了泡沫浮选分离技术的发展前景。
一。
泡沫浮选的定义与分类泡沫浮选是以气泡分离介质来浓集表面活性物质的一种新型分离技术，主要特点是利用气泡的气-液界面,分离被水润湿性不同的物料。
疏水的物料随气泡漂浮到水面上,形成含某种成分很高的泡沫层；而被水润湿的物料，沉于水中,因而可以把它们分开［1］。
人们通常把凡是利用气体在溶液中鼓泡，以达到分离或浓缩目的的这类方法总称为泡沫浮选分离技术，简称泡沫浮选技术。
根据被分离物质的不同,它可以分为两类：一类是本身具有表面活性物质的分离以及各种天然或合成表面活性剂的分离，例如医药生物工程中蛋白质、酶、病毒的分离;另一类是本身为非表面活性剂，但可以通过配合或其它方法使其具有表面活性,这类体系的分离被广泛地用于工业污水中各种金属离子如铜、锌、铁、汞、银等的分离回收.根据被分离物质的溶解性，泡沫分离也可以分为不溶物的浮选和溶解物的浮选两大类。
矿物浮选在不溶物浮选中最重要，也是最成熟的。
表面活性剂在固体颗粒的表面形成半胶束单分子吸附层，且呈亲水基向里憎水基向外的状态，从而降低固体表面的润湿性，表现出疏水性吸附至气泡界面的倾向，使浮选得以进行。
离子浮选是溶解物浮选的一类。
其过程和前述过程十分相似，所不同的是表面活性剂并非吸附在被浮选物的表面.气泡形成时气液界面有表面活性剂吸附层，被浮选的离子通过静电吸引被束缚在气泡的界面上而随气泡上升.分子浮选是溶解物浮选的另一类别,是将少量溶解的分子如点白纸、醇等有机物从水中分离的过程。
被分离物被气泡气液界面表面活性剂半胶束单分子层增溶富集而随气泡上升，得以浮选[2］。
二.泡沫浮选的原理（一）润湿性与可浮性润湿性：浮选分离的重要特点是一部分亲水性的物料被水润湿浸入水中，而疏水性的物料则留在界面.矿粒从空气中落入水中，要经过以下四个阶段。
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３ ．溶液 ｐ ．２ ２ Ｈ值 的影响。 溶液 ｐ Ｈ值对分离效果的影响很大 ， 在溶液 的等 电点处 ， 分离效果最好。刘志红等在对 Ｂ Ａ进行泡沫分离时 ， ｐ ＝ ． Ｓ 在 Ｈ３ ９ 时富集比和回收率最大 ， 得到最优 的分离 。但在分批操作 中， 液相的 ｐ Ｈ 值随分离进行而发生变化 ，最适宜 的操作 ｐ Ｈ点不在 Ｂ Ａ的等 电点处 ， Ｓ 这与连续操作所得的结论不 同。Ｈ Ｂ的实验在 ｐ ＝ ．处得到最优的分 Ｂ Ｈ５ ９ 离因子 ， ｐ Ｈ值的增加使 回收率轻微下降。 ３ ．表面活性剂种类 的影 响。常 志东等利用吐温系列表 面活性剂 回收 ．３ ２ 水中的微量磷酸三丁酯 ， 发现表 面活性剂种类对分离过程影响很大。当 表面活性剂浓度在 １０ ｌ ０ｘ ０ ， 时 吐温 ２ 的提纯率最 低 ， ０ 而后是 吐温 ４ ０ 和 ８， Ｏ 原因可能是表面活性剂的疏水端越 长， 磷酸三 丁酯 的捕收作用 对 越强 ， 提纯率就越高。 当表面活性剂浓度增大到 １０ ｘ ０ 时 ， ０ ０ ｌ 吐温 ２ 的 ０ 提纯率最大 ， 吐温 ８ ０的提纯率最 小 ， 这是 由于表面活性剂 的疏水链短 ， 其溶液粘度小， 泡沫排液情况好 ， 提纯率高 。 ４ 泡沫分离技术 的应用 ４１分离固体粒子 ． 由于分离的对象是含有固体粒 子的悬浮液 ， 以加入合适的表面活 可 性剂 ， 捕收固体颗粒 ， 使它们获得疏水性 。然后再加入适当起泡剂 ， 利用 空气鼓泡 ， 根据矿石粒子和脉石粒子性质的差异 ， 使脉石下沉 ， 矿石随气 泡上浮 ， 从而达到分离 目的。 这种技术较为成熟 ， 已经广泛应用于工业生 产 中。 ４２ 分离溶液中的离子分子 ， ． 处理工业废水 分离 的对象是 真溶液 ， 通过 向溶液 中加 入表面活性物质 ， 吸附溶液 中的离子或分子 ， 通过鼓 泡将其带 出， 从而实现分离。一般认 为， 吸附在 泡沫表面 的表面活性 剂与溶质的作用力有 两种 ： 一种是表面活性剂与溶 质问的离 子一离 子作用力 ， 它具有 良好 的选 择性 和高的提浓率 ； 另一种 是离子—偶极间的作用力 。但常志东等却利用偶极—偶极 的作用 ， 以吐 温系列非离子表面活性剂从水 中回收低浓 度的磷 酸三 丁酯， 取得较好的 分离效果 。 ５ 泡沫分离技术展望 泡沫分离技术是一种新 型的分离技术。在化工 、 、 生化 医药 、 污水处 理等领域 ， 的应用和发展前景都十分广阔。 它 因此， 对泡沫分离技术分离 效率的影 响因素及其影响程度 的研究就显得十分重要 。 为提高泡沫分离的效率 ， 改善 泡沫分离设备的性能 ， 有关各种表面 活性剂在气一液界面处发生分离 的吸附机理以及吸附特性还有待于继 续研究 ， 尤其是吸附动力学以及表面活性物质混合物的竞争吸附。有关 吸附动力学 和流体力学行为， 前还没有统一的数学模型 。 目 此外 ， 由于吸 附而引起 的溶液粘度等物性 的变化 ， 也可能会影响到泡沫排 液和泡沫稳 定性。聚并对分离效率有显著的作用 ， 所有会影响聚并的因素也应加 以 研究。 单级 、 半间歇及连续操作的泡沫塔 的分离能力已有较详细的论述 ， 而多级逆 流或错流模型还需进一步考察。 参考文献 ｆ １ １刘志红， 刘铮 ， 丁富新等． 用泡沫分 离法浓缩和分离蛋 白质（ ） Ｉ Ｉ Ｉ． Ｊ 清 华大学学报 ，９ ７ ３ （ ２ ：０ ５ ． １９ ，７ １ ）５ — ４ 【 ２ 】罗国芝， 洪新． 谭 泡沫分离技 术在水产养殖水处理 中的应用ｌ． Ｊ水产科 １ 技情报 ，９９ ２ （ ）２ ２ ２ ６ １９ ， ５ ：０ — ０ ． ６ 【 ３ 】常志东抱 沫分 离法的应用发展【 ＿ 工进展 ，９９ １ （ ） １— １ Ｊ化 ｌ １ ９ ， ５ ：８ ２ ． ８ ［ ４ 】杨博． 白质的泡沫分 离ｆ． 蛋 Ｊ 食品与发酵 工业 ，０ １２ （ ）７ — ９ １ ２０ ， ２ ：６ ７ ． ７ 【 美】 ｗ 惠顿． ５ 】［ Ｆ ． 水产养殖工程【 ］ Ｍ． 自 北京 动化 系统工程设计 院译北
民 营科 技
２ ０ 年第 １ 期 ０８ １
科技 论 坛
泡沫 分离 技术 的现 状及研究进展
金 玉 陈 雷 殷 建
（ 吉林建筑工程 学院 市政与环境 工程 学院 ， 吉林 长春 １０ ２ ） ３０ １
摘 要： 综述 了泡沫分离技 术的机理 、 泡沫分 离法分 类、 设备及 泡沫的性能受很 多因素的影响 ， 例如 ， 进料液 浓度 、 气泡尺寸、 气体流速 、 温度 、 Ｐ Ｈ值等。介绍了泡沫分 离在固体 粒子 、 溶液 中的 离子分子 、 废水处理过程中的应 用， 出泡沫分离技术 目前存在的问题及发展方向。 指 关键词 ： 泡沫分离； 影响 因素； 应用 泡沫分离法（ ｏｍ ｆ ｃｏ ａ ｏ ） Ｆａ ｒ ｔ ｎｔ ｎ 又称气浮法 （ ｉ ｓ ｉｐｎ ）是利 用 ａｉ ｉ Ａ ｒ ｔｐ ｉｇ ， —ｒ 泡沫 与水界面 的物理吸附作用以表聚物形 式去 污净水 的方法 。２ ０世纪 初泡沫浮选广泛应用于矿冶工业， 后来又被用于脱除废水中的表面活性 物质（ 如表面活性剂 、 ｆ质 、 蛋 ￡ 酶等 ） ＝ １ 和洗涤剂 ； 提取可与表面活性剂络合 或鳌合在一起的物质 ， 如金属离 子； 也可作为一种浓缩过程 ， 对高浓度可 生化性 较差（ ＯＤ ／ Ｏ Ｃ ＜ ．） Ｂ ５Ｃ Ｄ ｒ０２ 的表 面活性 剂废水进 行处理 ； 生化制 在 品领域 中， 可以通过泡沫分 离技 术进行病毒分离 以及蛋 白质 、 还 酶的提
炼。
１ 泡沫分离的机理 泡沫分离技术是通过向溶液中鼓 泡并形成泡沫层 ， 将泡沫层与液相 主体分离 ， 由于表 面活性物质 聚集在泡沫层 内， 就可 以达到浓 缩表面活 性物质或净化液相 主体的 目的。被浓缩 的物质可 以是表面活性物质 ， 也 可以是能与表面活性物质相结合的任何物质 。 吸附作用使气泡表面的溶 质浓缩 ， 清除在液体表面上形成的泡沫 ， 即可除去被浓缩 的物质 。 ２ 泡沫分离法分类及设备 为统一泡沫分离的概念 ， 把泡沫分离技术按照下图分类 ： 根 据气 泡 产生 ， 气液接触及 收集方式 的不同。泡沫分 离大 致有以下五种类型 ： 直 流 式 ｃ— ｕ～ ｏ ｃｒ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
泡 沫 分 离技 术方 法 分 类 响
３１ 气流速度的影响。一般而言， ．１ ． 增加气 流速度 可以缩短分离 时间 ， 降 低分离后溶液的浓度 ， 提高回收率 ， 同时也会增加泡沫 中液体的含量 ， 但 降低富集比 ， 以应根据不同需要调节气流速度。 所 ３１ ．２泡沫区高度 的影响。 ｏ ｐｒｔ ． Ｎ ｐ ａａ 发现， 随泡沫区高度的增加 ， 泡沫停留 时间延长 ， 增加了泡沫破碎排水 ， 因此收集到的泡沫数量减少 ， 泡沫含水 量降低 ， 泡沫就 越于燥 ， 以富集 比增大 ， 所 但表面活性 物质 的 回收率降
ｒｎ ） ｅ ｔ
逆 流 式 （ｏｎｅ ｃｕ ｔｒ
ｃｒ ｎ） ｕｒ ｔ ｅ
射 流式 （ ｌｉｉｓ Ｆｕｄｃ
ｃｒ ｎ） ｕｒ ｔ ｅ
涡 流 式 （ ｏ ｅ Ｖ ｆｘ ｌ
ｃ ｒｅ ｔ ｕ ｒｎ ）
气 液 下 沉 式
（ ｕ ｂｅ ｓ ｋ ｎ ） ｂ ｂ ｌ ｉ ｉｇ ｎ
３ 泡 沫分 离技 术 研 究 现 状 ３１ 操 作 参 数 的 影 ．
低。
３ －温度 的影响 。升高液体温度 ， ３ ｌ 泡沫产生的数量将会增加 ， 泡沫含水 率降低 ，富集 比增大。Ｋ ｌ等在做实验时发现： 高温度 ， Ｓ和 Ｃ Ｃ ｒ ｔ 升 Ｓ Ｄ Ｐ 、 ＤＤ Ａ Ｓ的富集 比都 会增大 ，但表 面活性物质 的 回收率却不 相同 ，对于 Ｃ Ｃ和 Ｄ Ｄ ， Ｐ Ａ Ｓ 回收比几乎保持不变 ， 对于 Ｓ Ｓ 回收 比有轻微 降低 。 Ｄ， 如果 从提高经济效益的角度出发 ， 升高分离时 的温度 ， 对于泡沫分离有积极
的影响。
３２ －溶液体系性质的影 响 ３２１ ．进料浓度的影响。在进料浓度很低时， 提高溶 液浓度 ， 富集 比增 大； 京 ： 业 出版 社 ．９ ８ 农 １９ ． 但浓度升至一定程度时 ， 再增加溶液浓度， 留溶 液浓度 也增大 ， 残 富集 比 ｆ】Ｋ ｒｅ ，．Ｌ， ｒ ｖｓ ．Ｂ，Ｌ ｍ ｉ ，Ｒ． ｔａ． ｅａａｉｎＳ ｉ ６ ａｇｒＢ ． ｉ ｅ ，Ｒ ． ｅ ｌ ｂ Ｇｅ ｅ ，ｅ １ ，Ｓｐ ｒｔ ｃ ｏ 就会降低 ， 回收率增加 。 但 这是 因为低浓度时 ， 蛋白质在气一液界面的吸 ｅｅ ［．９６，（ ） １５ １９ ｎｅ￣１ ７ ２ ３ ：３ － ３ ． 附量与浓度呈线性关系， 并随浓度的增大而增大 。 当浓度较高时 ， 表面吸 ［］Ｋｅｅ，Ｊ Ｅ ，Ｗｉｏ ，Ｄ Ｊ，Ｔｍｅ Ｄ ｐ ｎｅ ｔＦ ａ ｌ ａｉ ｔｐ ７ ｉ ｒ ． ． ｆ ｌ ｎ ． ． ｉ — ｅｅｄ ｎ ｏｍ Ｆｏ ｔ ｎ Ｓｒ ｓ ｔ ｏ ｉ 附趋于饱和 ， 表面吸附量 随浓度增加缓慢 ， 的泡沫 比较稳定 ， 引 形成 聚并 ｐｎ ｏ ｍｎ Ｏ ｅａ ｏ ，Ｓｐ ｃ． ｅｈ ｏ，９ １ １（ ）１７ １ １ ｉｇ Ｃ ｌ ｐｒｔ ｎ ｅ．Ｓ ｉＴ ｃ ｎｌ１８ ，６ ２ ：４ — ７ ． ｕ ｉ 发的内回流小， 面浓度的增加量不及进料浓度 的增加量 ， 表 凶此富集 比 【 ８ 】刘志红， 刘铮 ， 丁富新等． 用泡沫分 离法浓缩和分离蛋 白质（ 【 ＿ Ⅱ）Ｊ Ｊ 清华 下降 大学学报 ，９７３ （）２—２ １９ ， ６ ：０２． ８