第六章气浮分离法..

捕集剂/收集剂作用：若待分离离子是亲水的，它们 很难吸附在气泡上而被浮选分离。加入捕集剂覆盖 在离子表面上，使它们由亲水性变成疏水性，便可 附在气泡上分离出来。 表面活性剂作用——在气泡表面定向排列
●表面活性剂非极性端向着气泡，极性端向着水相 ●极性端可以吸附水中的离子和极性分子
泡沫层
6.4
气浮分离法特点及应用
优点：样品处理量大，0.5-2L；富集倍数大，100-10000 ；
回收率高，90%以上；易于联用，成为超高灵敏度光度法
局限性：A. 对高浓度的溶液分离效率较低；
B. 当用于回收非表面活性剂时，需加入高分子的表面活性剂， 消耗量大，同时伴随着二次回收的问题； C. 在实际操作中，塔内的返混现象经常发生，影响分离效果； D. 对泡沫本身的结构研究少，它是一个非稳定体系，无法直 接测量，许多泡沫的性质还不清楚。
沉淀气浮分离法
在含有待分离离子的试样溶液中，加入适宜沉淀剂 ( 无机或有机沉淀剂 ) 使之生成共沉淀或胶体，然后加入与 沉淀或胶体带相反电荷的适宜表面活性剂，并通入适量气 流（氮气或空气）形成气泡，沉淀粘附在气泡表面浮升到 液面而与母液分离。 经典的沉淀分离中，需要过滤，离心分离、洗涤等， 操作费时。相比之下，沉淀浮选法则简便快速得多，特别 适用于从大体积极稀溶液中富集痕量元素。
十二烷基硫酸纳(SDS)
溶液中表面活性剂 分子缔合成胶束的 最小浓度值
3. 离子强度
离子强度大，对分离不利
4. 形成络合物或沉淀的性质 （稳定性或溶解度） 5. 气体种类，通气方式及时间、气泡大小等
一般要求气泡直径在0.1~0.5mm之间 气泡流速为l－2mL/(cm2mm)为宜。 气体通常用氮气或空气。
螯合物溶于浮选槽上层的异戊醇，直接光度法测定。
6.3 泡沫分离的设备
泡沫吸附分离技术主要包括分离对象的吸附 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。 泡沫分离的基本流程有间歇式和连续式两种。
间歇式泡沫分离过程
样品溶液置于塔的底
部，从塔底连续鼓入空气，
在塔顶连续排出泡沫液。 根据表面活性剂的消耗情 况，间歇地从塔底补充表 面活性剂。料液因形成泡
三相间的吸附界面构成 的交界线称润湿周边。 ：润湿接触角

水粒
>90, 疏水性,易于气浮
<90, 亲水性
悬浮物与气泡的附着条件
按照物理化学的热力学理论, 任何体系均存在力 图使界面能减少至最小的趋势。 界面能 W =σS
S：界面面积;σ：界面张力
附着前: W1 =σ水气+σ水粒 （假设S 为1）
溶剂气浮分离法
在含有待分离离子的试样溶液表面上覆盖一层 与水不相混溶的有机溶剂，当采取某种方式使水中 产生大量微小气泡后，已显表面活性的待分离组分 就会被吸附和粘附在这些正在上升的气泡表面。溶 入有机相或悬浮于两相界面形成第三相．从而达到 分离溶液中某种组分的目的。 溶剂浮选与萃取法的区别在于浮选物与浮 选溶剂不起溶剂化作用，不涉及萃取的分配问题。
水中痕量Cu、Ni、Pb的AAS测定
取250m水样于烧杯，加10mg/ml AlCl3 3ml， 加 1mg/ml 油酸钠，搅拌，再用 1mol/LNH 4 OH 调 pH9.5, 形成Al(OH)3共沉淀, 继续搅拌15min。另取一浮选槽， 加入少量H2O, 调好气流，观察气泡大小合适，倒入上 述沉淀液 ，用25ml 0.1mol/L NH4OH洗涤烧杯并转入 浮选槽。调整气流40～60ml/min浮选5min，让上层形 成稳定的泡沫层。关气，抽滤除去下层母液，往泡沫 层加20 ml EtOH 消泡，再用 50ml 0.1mol/L NH 4 OH洗 涤沉淀，分别抽滤除尽乙醇和氨水。沉淀加4ml 2mol/ L HNO 3 片刻，溶解后收集于 10ml 容量瓶，用 4ml 2 mol/L HNO3洗涤小烧杯，再2mol/L HNO3定容， AAS测定。
以氢氧化铁的沉淀气浮法为例。其胶状沉淀在不同 pH下带不同的电荷，pH<9.5时带正电荷，pH>9.5时 带负电荷。 pH<9.5 时进行气浮分离应该用阴离子表面活性剂 , 如油酸纳; pH>9.5 时则用阳离子表面活性剂 , 如长碳链的季铵 盐等。
2.表面活性剂浓度
在浮选过程中，表面活性剂可改变被浮选物的表 面性质和稳定气泡，它直接影响着浮选分离的成败。 但表面活性剂的用量不宜超过临界胶束浓度（CMC）
浮选机理

向含有待分离离子或分子的水溶液中加入表面活性 剂，通气鼓泡，一般认为在气 - 液界面上存在定向
排列的表面活性剂，表面活性剂非极性端向着气体
，极性端向着水相。极性端通过物理（如静电引力 ）或化学作用（如络合作用）与溶液中被分离的离 子形成络离子或沉淀，然后被气泡带到液面，形成 泡沫层，进而分离。
Γ— 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, mol/cm2。
lnc < CMC 时， dσ/dlnc < 0, Γ > 0，正吸附作 用，即在表面上浓聚； lnc ≥ CMC 时， dσ/dlnc = 0, Γ = 0，表面张力 不再降低。 CMC一般为0.01～0.02mol/L，分离最好在低于CMC下进行。
分类
氢氧化物共沉淀浮选法
常以Fe（Ⅲ）、Al（Ⅲ）、In（Ⅲ）氢氧化物作沉淀载 体，形成共沉淀后进行浮选。
例如，用 Fe(OH) 3作载体，油酸钠作气泡剂，于 pH 为 5.5 ～ 9.0 下富集水中铊。水样为 300mL ， 加入 Fe 3 + 10 ～ 15mg, 油酸钠 20mg 以上， 10 ～ 60ng/mL 铊，通气浮选 2 分钟。用阳极溶出法测 定，浮选分离富集率可达 96% 。
附着后: W2=σ气粒
界面能的减少△Ｗ=σ水气+σ水粒－σ气粒 三力之间关系： σ水粒 = σ气粒 + σ水气 COS(180-θ)
σ
l-g
△Ｗ = σ水气 (1-COSθ)
θ
σ
s-g
悬浮物与气泡附着的条件：
△Ｗ>0 ，△Ｗ越大，推动
力越大，越易气浮。
σ
s-l
△Ｗ = σ水气 (1-COSθ)
(1) θ 0, COSθ 1, △Ｗ= 0 不能气浮
θ < 90, COSθ< 1, △Ｗ<σ水气 颗粒附着不牢--亲水性
θ > 90, △Ｗ> σ水气 易气浮―疏水性
θ 180, △Ｗ = 2σ水气 最易被气浮
(2) 同时, COS θ ＝（σ气粒－σ水粒）/σ水气
水中颗粒 θ 与表面张力 σ水气 有关。
实现离子浮选方式
① 欲富集离子直接被浮选--无机络阴离子或酸根离子；
② 欲富集离子先与适当的络合剂作用形成络合物或离子 缔合物，然后通过浮选此种络合物而达到浮选目的 -有机试剂螯合离子。 河水中的Cr(Ⅵ)以 CrO42- 形式存在,加入阳离子表
面活性剂,如氯化十六烷三甲基铵，即可将其气浮富集 到液面上。
给水净化

高含藻水源的净化：武汉东湖水厂，气浮替代沉淀， 藻类去除率达80％以上。


低温、低浊水的净化：沈阳市自来水厂。
对受污染水体的净化：对水体产生曝气，减轻嗅味 与色度。
σ水气增加，θ增大, 有利于气浮
气 泡 气泡-颗粒吸 与 附 颗 粒 的 气泡顶托 粘 附 形 式
气泡裹夹
6.2 气浮分离法类型
依据分离的对象和分离手段来划分： 离子气浮分离法 沉淀气浮分离法 溶剂气浮分离法

离子气浮分离法
在含有待分离离子 ( 包括络离子 ) 的试样溶液 中．在适宜条件下，加入适量带相反电荷的表面 活性剂，使之形成电中性离子缔合物。通入适量 气流形成气泡，它们被吸附在气泡表面继而上浮 至液面形成泡沫被分离。
第六章
气浮分离法
Flotation separation
教学内容
6.1 气浮分离原理
6.2 气浮分离法类型
6.3 气浮分离装置与操作
6.4 影响气浮分离效率的主要因素
6.5 气浮分离特点及应用
6.1 气浮分离原理

气浮分离： 以气泡作分离介质来富集和分离表面 活性物质的一种新型分离技术。根据表面吸附的 原理，利用通气鼓泡在液相中形成的气泡为载体， 对液相中的溶质或颗粒进行分离，因此又称泡沫 吸附分离或泡沫分离。 过程：通入空气→产生微细气泡→SS附着在气泡 上→上浮
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气浮分离应具备两个必要条件：
A. 所需分离溶质应为表面活性物质，或能与表面活性剂相结 合（静电作用、疏水性吸附等）的物质，它们都可吸附在气 液界面上。 B. 富集质在分离过程中借泡沫与原料液分离并在塔顶富集。
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，其本质是各种物质在溶液中表面活 性的差异。
从底部通入 大量气泡
溶质吸附在 气泡上并随 之上升
问题：1 为什么溶质会选择性地吸附在气泡上？ 2 如何最大限度达到富集效果？
浮渣或泡沫层
样品液 气泡
烧结板
空气
浮选装置与操作
表面吸附 Gibbs(吉布斯)等温吸附方程（1828年）
ai — i 组分的活度，稀溶液时 ai = ci，mol/L； σ— 表面张力, N/m； T — 绝对温度，K；
吉布斯方程适用于脂肪酸或长链醇等非离子型表面
活性剂的稀溶液。 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； 当在电解质溶液中还添加过量无机盐时 n＝1。
气浮情况涉及：气、水、固三相介质，每两
相之间都存在界面张力。
气
水气
气粒
粒
应用
泡沫分离技术的工业应用领域很广。 20世纪初，最早用于金属矿石颗粒的分离回收。 在环保工程中，可处理原子能工业中含放射性元素如 锶的废水；染料、制革、石油化工等工业污水中，可降低 化学耗氧量（COD）、色素、有机化合物等；在其他工业 废水中，也可富集各种金属离子包括铜、锌、铁、汞、银 等；还可富集在海水中所含铜、锌、钼和铀。 在医药和生物工程中，可用于分离蛋白质、酶以及活 体中的金属含量的检验以及病毒的浓缩分离如脚气病和口 腔病病毒等。 在分析上作为痕量元素的分离富集方法, 特别适用于大 量的极稀溶液(10-7～10-15 mol/ L)的分离富集。
沫而不断减少，待目标物
质分离完成后，残液从塔 底排出。
连续式泡沫分离过程
6.4 影响气浮分离效率的主要因素
1．溶液的酸度

2．表面活性剂浓度 3．离子强度 4．形成络合物或沉淀的性质 5．其他因素
1.溶液的酸度:
对分离效果影响最为显著的因素。分离过程中 选择适当的PH,以保证好的分离效果。
泡沫层
有机溶剂 (可溶解浮 选物)
析出第 三相
光度测定
选择另一溶 剂溶解后光 度测定
溶剂浮选与吸光光度法直接结合，即溶剂浮选光度 法，具有分离量大、选择性及灵敏度高的独特优点。
饮用水中痕量铜的测定
水样用酒石酸和 EDTA 隐蔽，控制 pH6-6.4 ，加 N aDDTC （砷试剂，二乙基二硫代氨基甲酸钠）浮选，
●有机试剂共沉淀浮选法
试液(M＋)＋有机试剂/极性溶剂(丙酮、乙醇)
→ 有机共沉淀 → 浮选 特点 ①可在酸性溶液中捕集微量元素, 减少基体干扰。 ②不必加表面活性剂 ③干扰测定的有机试剂可灰化除去 ④应先搅拌, 待形成絮状沉淀再浮选 应用 ① 高纯铅、锌中的Ag和Cu的分离和测定 ② 海水中微量银的富集测定