第十三章泡沫分离技术
泡沫分离技术
泡沫分离技术研究进展及发展趋势The development situation and trend of foam fractionation姓名：吕虹锋学号：C31114041专业：11级高分子材料与工程课程：现代分离技术教师：陈鹏鹏摘要：本文综述了泡沫分离的原理，技术设备；还讨论了泡沫分离技术目前存在的问题以及发展趋势。
关键词：泡沫分离技术；原理；表面活性剂；发展趋势Abstract：the purpose of this article was to review the theory and equipment of foam fractionation,and also discussed the problem and development trend of foam fractionation.Key Words:foam fractionation;theory;surfactant;tendency1.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Ⅲ。
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。
2.分离原理泡沫分离是根据表面吸附的原理，借助鼓泡使溶液中的表面活性物质聚集在气/液界面，随气泡上浮至溶液主体上方，形成泡沫层，将泡沫和液相主体分开，从而达到浓缩表面活性物质（在泡沫层），净化液相主体的目的。
从液相主体中浓缩分离的既可以是表面活性物质，也可以是能与表面活性物质相互亲和的任何溶质，比如金属阳离子、蛋白质、酶、染料等等。
泡沫分离法泡沫分离
14.2.2 Gibbs(吉布斯)等温吸附方程
Γ为吸附溶质的表面过剩量，即单位面积上吸附溶质 的摩尔数与主体溶液浓度之差,对于稀溶液即为溶质的 表面浓度，可通过 σ (溶液的表面张力)与浓度c(溶质 在主体溶液中的平衡浓度)来求得；Γ/c为吸附分配因 子。 如果溶液中含离子 型表面活性剂，则
n为与离子型表面活性剂的类型有关的常数。例如为完 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。
溶液中表面活性剂浓度c和 表面过剩量Γ的相互关系可 用右图表示。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：
Γ=Kc
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 称为临界浓度(CMC)，此值一般为0.01～0.02mol/L左 右，分离最好在低于CMC下进行。对于非离子型表面 活性剂，上图曲线更接近于Langmuir等温方程：
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，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。由于它的操作和设计在 许多方面可与精馏相类比，所以称它为泡沫分馏。 泡沫浮选用于分离不溶解的物质，按照被分离对 象是分子还是胶体，是大颗粒还是小颗粒等等， 又可分为:1 矿物浮选，用于矿石和脉石离子的 分离；2 粗粒浮选和微粒浮选，常用于共生矿中 单质的分离，前者粒子直径大致1～10mm内，后 者的粒子直径为1μm ～1mm ，处理的对象为胶体、高
分子物质或矿浆；3 粒子浮选和分子浮选，用于分离非 表面活性粒子或分子，需要向体系中
加入浮选捕集剂与被分离组分形成难溶或不溶 物，然后以浮渣形式将其脱除；4 沉淀浮选， 首先利用改变溶液的pH值或加入某种絮凝剂等 方法，使需脱除的粒子形成沉淀，再利用浮选 法将沉淀脱除；5 吸附胶体浮选，是以胶体粒 子作为捕集剂，选择性吸附所需的溶质，再用 浮选法除去。 泡沫分离技术除了在选矿方面比 较成熟外。在其他方面尚属开发阶段，命名和 分类尚不完善，但由上所述，可以对泡沫分离 术有大体的了解。
泡沫分离技术..
需要鼓泡，但不 一定形成泡沫层
1.概述
1.3.1 非泡沫分离
鼓泡分离法 从塔式设备底部鼓入气体,所形成 的气泡富集了溶液中的表面活性物质,并上 升至塔顶和液相主体分离，液相主体得以 净化,溶质得以浓缩。 溶剂消去法 将一种与溶液不相互溶的溶剂置 于溶液的顶部,用来萃取或富集溶液内的表 面活性物质。该表面活性物质藉容器底部 所设置的鼓泡装置中所鼓出的气泡吸附作 用带到溶剂层。
3.设备及流程
3.1 泡沫分离的操作方式
泡沫分离的操作是由两个 基本过程组成： 1）待分离的溶质被吸附到 气－液界面上 2）对被泡沫吸附的物质进 行收集并用化学、热或机 械的方法破坏泡沫，将溶 质提取出来。 因此它的主要设备为泡沫 塔和破沫器。
3.设备及流程
3.设备及流程
蛋白质分离器
3.设备及流程
质的摩尔数与主体溶液浓度之差,对于稀溶液即为 溶质的表面浓度
Γ/c为吸附分配因子
2.原理
如果溶液中含离子型表面活性剂，则有：
n为与离子型表面活性剂的类型有关的常数。 例如：为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。
2.原理
溶液中表面活性剂浓度c 和表面过剩量Γ的相互关系 可用右图表示。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，可 表示为：Γ=Kc 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 度称为临界胶束浓度(CMC)，此值一般为0.01～0.02mol/L 左右，分离最好在低于CMC下进行。
4.应用
4.5 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元, 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。
泡沫分离技术
应用
生物医学
回收废水中铜锌
环境保护 废纸脱墨 土壤清洗
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ点：一、可冷态下操作（热敏和不稳定物质有特殊意义）
二、低浓度下分离有效 三、1.泡沫分离设备简单，易于放大； 2.操作简单，能耗低； 3.可连续和间歇操作； 4.在生物下游加工过程的初期使用，处理体 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。
仍将占主导地位。为了适应越来越复杂的矿石 选别的要求，药剂间的组合使用势在必行，也 是一条挖掘传统药剂潜力的有效途径。由于不 同矿石对药剂的组合内容要求不同，导致目前 药剂的组合种类、组合方式种类繁多，做好各 种药及组合与各种矿物之间的对应统计工作， 将是一项有意义的工作。
（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。
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 矿浆在两相混合区迚行混合，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。
入选粒度：在泡沫浮选中，浮选物质的粒度过粗时，待分 离物质不易浮起，分离效果不好；浮选物质的粒度过细时， 待分离物质不易与气泡结合，同样不易于浮选分离。
体系组分（矿浆）浓度：矿浆浓度是指复杂体系中固体的 质量分数，对于浮选过程中药剂、溶剂、能量的损耗以及待 分离物质的回收率及品相都会有很大影响。
（一）捕收剂（collector）
捕收剂常常用来提升待分离物质的亲水性和可 浮性，在泡沫浮选分离中占据着重要的地位。捕收 剂含有亲水基以及疏水基。当捕收剂中的亲固离子 与待分离物质中的离子同名时，可以对它迚行捕收。
泡沫分离
工艺选择
由于国家现在的排放标准中, 对表面活性剂的排放标准只局限于烷基苯磺 酸钠( LAS) , 对其他种类的表面活性剂未有具体排放指标, 也缺乏对其他种类 表面活性剂浓度的检测方法 , 因此分别将 AES 、 AEO3 、 TX-10 及 LAS 各按 1mg/L、3mg/L、5 mg/L、8 mg/L、10 mg/L、12mg/L 的浓度，配成溶液进行 发泡试验。
20世纪70年代，进行了染料等有机物与废水泡沫分离的实验研究， 1977年开始有报道用阴离子表面活性剂泡沫分离DNA、蛋白质及液体 卵磷脂等生物活性物质。
2016/12/26 3
二、泡沫分离的定义和分类
泡沫分离的定义
以泡沫作为分离介质，以组分之间的表面活性差异作为分 离依据，根据表面吸附的原理，利用通气鼓泡在液相中形成的
试验结果可得：AES、TX-10所产生的泡沫结构细密且稳定，不易破裂。AEO3 所生成的泡沫稳定性相对较差，泡沫松散，易破。因此采用鼓风吹气、泡沫分 离的方法，能有效地将各类表面活性剂从水中分离出来，且去除率高达95%以 上。经试验确定：表面活性剂浓度为100 mg/L 时，所产生泡沫液的量约占进水 量的20%，较为经济合理。因此，对于高浓度的表面活性剂废水，加强前端预 处理效果,，保证进塔浓度在100 mg/L 以内， 成为工程成败的关键。
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。
泡沫的形成
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。 气泡集合体包括: A. 两个或两个以上的气泡； B. 泡与泡之间以少量液体构成的隔膜（液 膜），它是泡沫的骨架。
泡沫分离技术
泡沫分离技术综述李现荣化学工艺 20620101151492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。
一.泡沫分离技术的产生及发展概述早在古代时期，人们就开始利用物质的表面特性从矿物里面分离出金属金。
随着人们认识的提升及经验的积累，利用物质表面特性来对矿物进行浮选的工艺逐渐成熟，于20世纪初开始利用泡沫浮选技术对矿物中的金属进行浮选。
泡沫浮选技术的发展促进了对泡沫分离过程机制及应用范围的深入研究。
20世纪50年代，利用泡沫分离方法对离子、分子、胶体及沉淀等物质进行分离逐渐引起了研究学者们的关注，并开始将其作为一种单元操作加以研究。
研究者们最初致力于从溶液中回收金属离子的课题，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；20世纪60年代中期采用泡沫分离法脱除洗涤剂工厂排放的一级污水和二级污水中的表面活性剂——直链烷基磺酸盐和苯磺酸盐获得成功；20世纪70年代进行了染料等有机废水泡沫分离的实验研究，1977年开始报道用阴离子表面活性剂泡沫分离DNA、蛋白质、液体卵磷脂等生物活性物质。
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。
泡沫电泳分离技术
泡沫分离技术的基本原理
• 泡沫分离过程是利用待分离物质本身具有 表面活性或能与表面活性剂结合在一起， 在鼓泡塔中被吸附在气泡表面，得以富集， 借气泡上升带出溶剂主体，达到净化主体 液、浓缩分离物质的目的。
泡沫分离技术的基本原理
• 泡沫分离作用主要取决于组分在气—液界面 上吸附的选择性和程度，本质是各种物质 在溶液中的表面活性的差异。
泡沫分离操作方式及其影响因素
（1）泡沫分离的操作方 式 泡沫分离的操作时有两 个基本过程组成：1 待分 离的溶质被吸附到气— 液界面上；2 对被泡沫吸 附的物质进行收集并用 化学、热或者机械的方 法破坏泡沫，将溶质提 取出来。因此它的主要 设备为泡沫塔和泡沫器。
泡沫分离操作方式及其影响因素
泡沫分离操作方式及其影响因素
（2）影响泡沫分离的因素 1.待分离物质的种类
例如对金属离子的分离：一种方法是加入表 面活性剂，使其与待分离离子一起被气泡带 到液面予以分离；另一种方法是把溶液调节 至适当的PH值，使待分离物质形成沉淀，并 与表面活性剂一起被气泡带到泡沫层分离。
泡沫分离操作方式及其影响因素
（2）影响泡沫分离的因素 2.溶液PH值 溶液PH值对分离效果影响很大。 对于天然表面活性物质，如蛋白质的泡沫分 离，在等电点时效率最高； 对于非表面活性物质，可控制在某一PH下使 其吸附分配因子最大，这样可从离子混合物 中分离个别离子。
泡沫分离的分类
泡沫分馏 泡沫浮选 • 用于分离不溶解的物质， 按照被分离对象是分子还 是胶体，是大颗粒还是小 颗粒等，又可分为矿物浮 选、粗粒浮选、微粒浮选、 粒子浮选、分子浮选、沉 淀浮选和吸附胶体浮选。
• 用于分离溶解物质， 可以是表面活性剂， 或是与表面活性剂结 合的物质，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。
第十三章泡沫分离技术
（四）泡沫分离的应用
A.蛋白质和酶的分离浓缩 泡沫分离可应用 于各种蛋白质和酶的分离。 B 皂苷的富集和浓缩
到浓缩，液相主体被净化。
溶媒浮选是在溶液顶部置有一种与其互不相溶的溶 剂，用它来萃取或富集由塔底鼓出的气泡所吸附的 表面活性物质。
泡沫浮选：用于分离不溶解的物质，根据被分离对象
是分子还是胶体，是大颗粒还是小颗粒，分为：
1 矿物浮选
用于矿石和脉石离子的分离；
2 粗粒浮选和微粒浮选 用于共生矿中单质的分离，其中粗粒浮选粒子直径大 约为1~10mm内，微粒浮选对象为直径1m~1mm的胶 体、高分子物质或者矿浆；
泡沫的形成
泡沫的稳定性一般与溶质的化学性质和浓度，系统温度 和泡沫单体大小、压力、溶液pH值有关。表面活性剂 的浓度愈是接近临界浓度，气泡愈小，气泡的寿命愈长。
（三）泡沫分离的操作方式及其影响因素
泡沫分离的操作是由两个基本过程组成：
1 待分离的溶质被吸附到气－液界面上；
2 对被泡沫吸附的物质进行收集并用化学、热或 机械的方法破坏泡沫，将溶质提取出来。 因此它的主要设备为泡沫塔和破沫器。
影响泡沫分离的因素
A．待分离物质的种类 B．溶液的pH值 溶液的pH值对分离效果有很大的影响。 C .表面活性剂浓度 表面活性剂的浓度不宜超过临界胶束浓度， 但也不能太低，使泡沫层不稳定，太高则使分离效率下降。 D．温度 首先温度应达到表面活性剂的起泡温度，保持泡沫 的稳定性，其次根据吸附平衡的类型来选择温度的高低。 E．气流速度 F．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
异。
表面活性剂表现出表面活性和界面性质
表面活性剂溶于水中 多余的分子形成胶束 溶于溶液中
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。
泡沫分离技术及其发展现状
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
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。
泡沫分离法
泡沫分离技术的基本原理
泡沫的形成与性质
①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。 当气体在含表面活性剂的水 溶液中发泡时，首先在液体 内部形成被气裹的气泡，与 此瞬时，溶液表面活性剂分 子立即在气泡表面排成单分 子膜，亲油基指向气泡内部， 亲水基指向溶液。
泡沫分离技术的基本原理
气泡借助浮力上升，冲击溶液 表面的单分子膜。 许多气泡聚集成大小不同的球状气泡集合体，更多的 集合体聚集在一起形成泡沫。 形成泡沫的气泡集合体包括两个部分：一是泡，两个 某些情况下，气泡可以跳出液体表面， 或两个以上的气泡；二是泡与泡之间以及少量液体构成 的隔膜（液膜），是泡沫的骨架。 此时，该气泡表面的水膜外层上，形成 与液体内部单分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，在气相空间形成接近 于球体的单个气泡。
泡沫分离法
概述
1915年用于矿物浮选； 50年代用于分离金属离子的研究； 60年代采用泡沫分离法脱除洗涤剂工 厂污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 质及液体卵磷脂等生物活性物质的分 离。
泡沫分离法的分类
泡沫分离是以气泡为介质，利用组分的表 面活性差进行分离的一种分离方法
泡沫分离操作方式
泡沫分离的操作是由 两个基本过程组成：1 待分离的溶质被吸附 到气－液界面上；2 对被泡沫吸附的物质 进行收集并用化学、 热或机械的方法破坏 泡沫，将溶质提取出 来。因此它的主要设 备为泡沫塔剂大多是高分子化合物，消耗量
大，有时难以回收； 泡沫分离塔中的返混严重影响分离的效率； 能维持稳定泡沫层的表面活性剂较少，且 难以控制其在溶液中的浓度。
泡沫分离法的分类
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，泡沫分离可分成： 泡沫分馏（Foam Fractionation） 泡沫浮选（Foam Flotation）
分离方法——泡沫分离法
许多气泡聚集成大小不同的球状气泡集合体，更多的集合体聚集在一起形 成泡沫。 形成泡沫的气泡集合体包括两个部分：一是泡，两个或两个以上的气泡； 二是泡与泡之间以及少量液体构成的隔膜（液膜），是泡沫的骨架。 某些情况下，气泡可以跳出液体表面，此时，该气泡表面的水膜外 层上，形成与液体内部单分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，在气相空间形成接近于球 体的单个气泡。
泡沫分 离法
泡沫分离是以气泡为介质，利用组分的表面活差 进行分离的一种分离方法。
1915年用于矿物浮选； 50年代用于分离金属离子的研究； 60年代采用泡沫分离法脱除洗涤剂工厂污
水中的表面活性剂获得成功； 1977年报道泡沫分离法用于DNA、蛋白质及 液体卵磷脂等生物活性物质的分离。
泡沫分离是以气泡为介质，利用组分的表面活性差进行 分离的一种分离方法
（2）、Gibbs(吉布斯)等温吸附方程
Γ为吸附溶质的表面过剩量，即单位面积上吸附溶质的摩尔数 与主体溶液浓度之差,对于稀溶液即为溶质的表面浓度，可通 过 σ (溶液的表面张力)与浓度c(溶质在主体溶液中的平衡浓 度)来求得；Γ/c为吸附分配因子。 如果溶液中含离子 型表面活吸附方程
（1）泡沫分离的操作方式
泡沫分离的操作是由两个基 本过程组成：1 待分离的溶 质被吸附到气－液界面上； 2 对被泡沫吸附的物质进行 收集并用化学、热或机械的 方法破坏泡沫，将溶质提取 出来。因此它的主要设备为 泡沫塔和破沫器。
（2）影响泡沫分离的因素
①待分离物质的种类 例如对金属离子的分离：一种方法是加入表面活性剂， 使其与待分离离子一起被气泡带到液面予以分离；另 一种方法是把溶液调节至适当的PH值，使待分离物质 形成沉淀，并与表面活性剂一起被气泡带到泡沫层而 分离。
泡沫分离与膜分离技术
精选2021版课件
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不同膜材料的特点与应用
膜材料
应用
特点
天然高分子
醋酸纤维 再生纤维
常用作反渗透膜 也可用作微滤膜和超滤膜
制造微滤膜和透析膜
截盐能力强，使用温度 和 pH 范围有限
合成高分子
聚砜 聚酰胺
无机材料
陶瓷 动态膜
主要用于制造超滤膜 常用于反渗透
制造微滤膜和超滤膜
适用温度及 pH 范围 广，但耐压能力较差 耐压能力较高，稳定性 好，使用寿命长。 机械强度高，耐高温及 化学试剂，但造价高。 透过通量大，清洗容 易，但稳定性差。
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2 泡沫分离
2.5.2 实际应用 ①细胞的收集或去除 ②蛋白质、多肽和酶的提取分离 ③中药有效成分的分离浓缩
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3 膜分离技术
3.1 膜分离的概念：利用膜的选择性（孔 径大小），以膜的两侧存在的能量差作 为推动力，由于溶液中各组分透过膜的 迁移率不同而实现分离的一种技术。
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3.2 膜分离技术的类型
电渗析的应用：海水和苦水的淡化、废水处理， 氨基酸和有机酸等小分子的分离纯化
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3.2 膜分离技术的类型
6 渗透气化 利用膜与被分离有机液体混合物中各组分
的亲和力不同而有选择的优先吸附溶液某 一组分及各组分在膜中扩散速度不同来达 到分离的目的.
脱盐，淡水制造 脱盐，除变性剂
电渗析(ED)
电位差
荷电、筛分
脱盐,氨基酸与有机酸的分离
渗透气化(PV) 压差、温差 溶质与膜的亲和作用 共沸物的分离（如乙醇浓缩）
生物分离中最常用的膜分离技术是：超滤、微滤和反渗透。
分离方法——泡沫分离法27页PPT
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
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泡沫分离技术综述论文
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。
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5 吸附胶体浮选 以胶体粒子为捕集剂,选择性吸附所需的溶质, 胶体粒子为捕集剂,选择性吸附所需的溶质, 为捕集剂 再用浮选法除去。 再用浮选法除去。
二、泡沫分离技术的基本原理
利用待分离物质本身具有表面活性（ 利用待分离物质本身具有表面活性（如表面活性 或能与表面活性剂通过化学的、 剂）或能与表面活性剂通过化学的、物理的力结合 在一起，在鼓泡塔中被吸附在气泡表面，得以富集， 在一起，在鼓泡塔中被吸附在气泡表面，得以富集， 籍气泡上升带出溶剂主体，达到净化主体液、浓缩待 籍气泡上升带出溶剂主体，达到净化主体液、 分离物质的目的。 分离物质的目的。 分离作用：主要取决于组分在气 分离作用：主要取决于组分在气-液界面上吸附的选 择性和程度，本质是各种物质在溶液中表面活性的差 择性和程度，本质是各种物质在溶液中表面活性的差 异。
泡沫分离技术是根据表面吸附原理， 泡沫分离技术是根据表面吸附原理，以气泡为 是根据表面吸附原理 介质，籍鼓泡使溶液内的表面活性物质聚集在 介质，籍鼓泡使溶液内的表面活性物质聚集在 表面活性物质 气液界面（气泡表面），上浮至溶液主体上方 气液界面（气泡表面），上浮至溶液主体上方 ）， 形成泡沫层，将泡沫层与液相主体分开， 形成泡沫层，将泡沫层与液相主体分开，从而 泡沫层 浓缩表面活性物质和 体的目的。 达到浓缩表面活性物质 净化液相体的目的 达到浓缩表面活性物质和净化液相体的目的。
（四）泡沫分离的应用
A.蛋白质和酶的分离浓缩 泡沫分离可应用 蛋白质和酶的分离浓缩 于各种蛋白质和酶的分离。 于各种蛋白质和酶的分离。 B 皂苷的富集和浓缩
到目前为止，利用泡沫分离技术已成功分离获得的蛋 到目前为止， 白质及酶有：溶菌酶、白蛋白、促性腺激素、 白质及酶有：溶菌酶、白蛋白、促性腺激素、胃蛋白 凝乳酶、血红蛋白、过氧化氢酶、卵磷脂、 酶、凝乳酶、血红蛋白、过氧化氢酶、卵磷脂、β-淀 粉酶、纤维素酶、 氨基酸氧化酶、 粉酶、纤维素酶、D-氨基酸氧化酶、苹果酸脱氢酶 等。
第十三章 泡沫分离技术
一、概述
泡沫分离（ Separation）技术， 泡沫分离（Foam Separation）技术，又称 泡沫吸附分离(Foam 泡沫吸附分离(Foam Separation Adsorbent) 技术，其应用经历了如下发展阶段： 技术，其应用经历了如下发展阶段：
1915年 1915年 20世纪50年代末 20世纪50年代末 世纪50 应用于矿物浮选 应用于离子、分子、胶体及沉淀 应用于离子、分子、 的分离 20世纪60年代中期 20世纪60年代中期 世纪60 应用于分离污水中的表面活
分类
无泡沫分离：利用鼓泡进行分离， 无泡沫分离：利用鼓泡进行分离，但不一定形 鼓泡进行分离 成泡沫层，可分鼓泡分馏 溶媒浮选。 鼓泡分馏和 成泡沫层，可分鼓泡分馏和溶媒浮选。
鼓泡分离是从塔设备底部通气鼓泡，表面活性物质被 鼓泡分离是从塔设备底部通气鼓泡，表面活性物质被 是从塔设备底部通气鼓泡 气泡富集并上升至塔顶， 液相主体分离 分离， 气泡富集并上升至塔顶，和液相主体分离，使溶质得 富集 到浓缩，液相主体被净化。 到浓缩，液相主体被净化。 溶媒浮选是在溶液顶部置有一种与其互不相溶的溶 溶媒浮选是在溶液顶部置有一种与其互不相溶的溶 萃取或富集由塔底鼓出的气泡所吸附的 用它来萃取或富集 剂，用它来萃取或富集由塔底鼓出的气泡所吸附的 表面活性物质。 表面活性物质。
表面活性剂表现出表面活性和界面性质
表面活性剂溶于水中
表面张力下降
多余的分子形成胶束 溶于溶液中
表面张力稳定
界面作用
点之前， 在b点之前，随着溶液中表面活性剂 点之前 浓度c增加， 成直线增加 成直线增加： 浓度 增加，Γ成直线增加： 增加
Γ=Kc
b点后溶液饱和，多余的表面活 点后溶液饱和， 点后溶液饱和 性剂分子开始在溶液内部形成“胶束” 性剂分子开始在溶液内部形成“胶束”，b点的浓度 点的浓度 称为临界浓度( 称为临界浓度(CMC)，此值一般为 ) 此值一般为0.01～0.02mol/L ～ 左右，分离最好在低于CMC下进行。 下进行。 左右，分离最好在低于 下进行
3 粒子浮选和分子浮选
用于分离非表面活性粒子或分子， 用于分离非表面活性粒子或分子，需要向体系中 加入浮选捕集剂 与被分离组分形成难溶或不溶 浮选捕集剂， 加入浮选捕集剂，与被分离组分形成难溶或不溶 然后以浮渣形式将其脱除； 浮渣形式将其脱除 物，然后以浮渣形式将其脱除；
4 沉淀浮选
通过改变溶液的pH或加入某种絮凝剂等方法, 通过改变溶液的pH或加入某种絮凝剂等方法, pH或加入某种絮凝剂等方法 使需脱除的粒子形成沉淀, 使需脱除的粒子形成沉淀,再利用浮选法将沉淀 脱除; 脱除;
泡沫浮选：用于分离不溶解的物质， 泡沫浮选：用于分离不溶解的物质，根据被分离对象 是分子还是胶体，是大颗粒还是小颗粒，分为： 是分子还是胶体，是大颗粒还是小颗粒，分为： ； 2 粗粒浮选和微粒浮选 用于共生矿中单质的分离， 用于共生矿中单质的分离，其中粗粒浮选粒子直径大 约为1 10mm 10mm内 微粒浮选对象为直径1 1mm的胶 约为1~10mm内，微粒浮选对象为直径1µm~1mm的胶 1mm 高分子物质或者矿浆； 体、高分子物质或者矿浆；
影响泡沫分离的因素
A．待分离物质的种类 pH值对分离效果有很大的影响 B．溶液的pH值 溶液的pH值对分离效果有很大的影响。 溶液的pH值 溶液的pH值对分离效果有很大的影响。 pH C .表面活性剂浓度 表面活性剂的浓度不宜超过临界胶束浓度， .表面活性剂浓度 表面活性剂的浓度不宜超过临界胶束浓度， 但也不能太低，使泡沫层不稳定，太高则使分离效率下降。 但也不能太低，使泡沫层不稳定，太高则使分离效率下降。 首先温度应达到表面活性剂的起泡温度， D．温度 首先温度应达到表面活性剂的起泡温度，保持泡沫 的稳定性，其次根据吸附平衡的类型来选择温度的高低。 的稳定性，其次根据吸附平衡的类型来选择温度的高低。 E．气流速度 F．离子强度 此外，泡沫的性质、层高、排沫方式、 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
（三）泡沫分离的操作方式及其影响因素
泡沫分离的操作是由两个基本过程组成： 泡沫分离的操作是由两个基本过程组成： 待分离的溶质被吸附到气－液界面上； 1 待分离的溶质被吸附到气－液界面上； 对被泡沫吸附的物质进行收集并用化学、 2 对被泡沫吸附的物质进行收集并用化学、热或 机械的方法破坏泡沫，将溶质提取出来。 机械的方法破坏泡沫，将溶质提取出来。 因此它的主要设备为泡沫塔和破沫器。 因此它的主要设备为泡沫塔和破沫器。
性剂—直琏烷基磺酸盐和苯磺酸盐获得成功。 性剂 直琏烷基磺酸盐和苯磺酸盐获得成功。 直琏烷基磺酸盐和苯磺酸盐获得成功
20世纪70年代 20世纪70年代 世纪70
应用于染料等有机物与废水 泡沫之间的分离
1977年 1977年
阴离子表面活性剂泡沫分离DNA、 阴离子表面活性剂泡沫分离DNA、蛋白质 DNA 及液体卵磷脂等生物活性物质
泡沫的形成
泡沫的稳定性一般与溶质的化学性质和浓度， 泡沫的稳定性一般与溶质的化学性质和浓度，系统温度 和泡沫单体大小、压力、溶液pH值有关 值有关。 和泡沫单体大小、压力、溶液 值有关。表面活性剂 的浓度愈是接近临界浓度，气泡愈小，气泡的寿命愈长。 的浓度愈是接近临界浓度，气泡愈小，气泡的寿命愈长。