泡沫分离
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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。
化学分离泡沫分离ppt
的集合体聚集在一起形成泡沫。泡沫分离技术就是利
用这些泡沫具有吸附含表面活性的物质的作用将其分 离的。
02
泡沫的稳定性
泡沫不是很稳定的体系，气泡与气泡之间仅以薄膜隔开，此隔膜也会因彼此压 力不均或间隙液的流失等原因而发生破裂，导致气泡间的合并现象，或由于小气泡 的压力比大气泡高，因此气体可以从小气泡通过液膜向大气泡扩散，导致大气泡变 大，小气泡变小，以至消失。
4.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，许多泡沫的性质不清楚。
03
分离细胞
泡沫分离的应用
1
泡沫分离法可以从待分离基质中分离出全细胞。用月桂酸、硬脂酰胺或辛胺作为表而活性剂，对初始细胞 浓度为7.2×108 cfu/cm3的大肠杆菌进行细胞分离，结果l min内能除去90%的细胞，用10 rnin的时间能去除 99%的细胞。此外，泡沫分离还可用于酵母细胞、小球藻、衣藻等的分离。
2
分离富集蛋白质体系
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。 同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、酪蛋白、抗菌肽类等一系列蛋白质。
是在气泡表面和间隙液之间进行，借助气泡与液相主体分离，并在塔顶富集
，排出塔外。 可见它的分离作用主要取决于组分在气-液界面上的吸附的选择
性和程度，其本质是各种物质在溶液中的表面活性差异。
所谓表面活性剂即在液体中加入 少量这类物质能使液体的表面张力显 著降低，该物质的分子一般具有性质 相反的两类亲性基团，如图所示。一 类为疏水性或亲油性基团，属于非极 性基团，它们是一些直链的或带有侧 链的有机烃基；另一类是亲水性基团 ，属于极性基团，如：OH、COOH
泡沫分离
当溶液中含有离子型表面活性剂的时候，可以表示如下：
其中的n与离子型表面活性剂的类型有关。
在浓度C很低时（如图中a以下）由于表面活性组分量少， 溶液的表面张力几乎不变，因此吸附量很少，吸附溶质 的表面浓度τ 接近于零，分离强度很低。在中间浓度区 （图中a，b之间），表面张力r随活性组分的加入而减 少，因此r-C曲线的斜率为负值，而相应部分的τ-C关系 接近于直线（可近似用τ =KC表示）。
1 间歇式泡沫分离过程 被处理的原料液和需加 入的表面活性剂置于塔 下部，塔底连续鼓进空 气，塔顶连续排泡沫液。 原料液由于不断的形成 泡沫而减少。为了弥补 分离过程中表面活性物 质的减少，可在塔釜间 歇补充适当的表面活性 剂。 间歇式操作既适用于溶液的净化，也适用于有价值 组分的回收。
2 连续式泡沫分离过程
3 多级逆流泡沫分离过程 和其他分离过程一样，泡沫分离也可以把一组 单级设备串联起来操作，如下图：
4 泡沫分离与精馏过程的比较
泡沫分离与精馏过程非常相似，两者可以在以下几方 面进行类比： 1.精馏中的液相相当于泡沫分离中产生泡沫的液相主 体； 2.精馏中的气相相当于泡沫分离中的泡沫； 3.精馏过程中的雾沫夹带相当于泡沫层中所夹带的主 体溶液； 4.精馏中单位时间所消耗的热量相当于泡沫分离中单 位时间所产生的气—液相界面。
就扩大了泡沫分离技术的应用范围，使其能用于非表
面活性物质的分离。
现在，泡沫分离技术还可用于许多可溶的和不可溶 物质的分离和富集。例如溶液中的无机阴离子、金
属阳离子的分离富集。
随着工业的发展，特别是对环境保护的重视和资源
综合利用的要求，泡沫分离的工作将不断扩大范围，
其工业应用将越来越广泛。
根据Karger等人提出的理论，凡是利用“泡”来进行 物质分离的方法统称为泡沫吸附分离法。并提出下图 所示分类法：
泡沫分离技术..
1.3 泡沫分离的分类
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。
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。
泡沫分离技术及其在蛋白分离中的应用
生
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
第2页/共13页
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
第6页/共13页
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
第7页/共13页
第8页/共13页
• 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。
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。
泡沫吸附分离技术
Jeong, G.-T..Ind.Eng.Chem.Res.2004, 43, 422-427
Feng, B.; Powder Technology 2019, 342, 486-490.
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.
泡沫分离在食品中的应用——郝旭艳
实验流程
间歇式泡沫分离塔 实验流程 • 样品溶液置于塔的底部，从 塔底连续鼓进空气，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 液因形成泡沫而不断减少， 待目标物质分离完成后，残 液从塔底排出。
发展前景
• 随着现代工业的发展，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、 医药、污水处理等领域，它的应用和发展前景十分 广阔。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。分离设备的 创新和改善对于泡沫分离技术的工业化应用也起到 了重要作用。此外，由于吸附而引起的溶液黏度等 物性的变化，也可能会影响到泡沫排液和泡沫稳定 性。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。有效的泡沫分离和破沫模型的放大，对 于多级泡沫塔的操作也是非常重要的。由于多数食 品料液都具有起泡功能，因此泡沫分离技术在食品 工业上有很大的应用潜力。
性质
• 泡沫分离性质：又称泡沫级分，起泡分离。 将气体通入溶液或悬浮液中时，产生气泡， 气泡表面会将溶液中的溶质或悬浮液中分 散的粒子加以吸附或附着，这种操作即称 为泡沫分离。
分离过程
• 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，借气泡上升带出 溶剂主体，达到净化主体液、浓缩待分离 物质的目的。
泡沫分离在食品中的应用
化工1003班 郝旭艳 100110055
泡沫分离
• • • • • • • • 原理 性质 分离过程 条件 特点 应用（主讲在食品方面） 实验流程 发展前景
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。
泡沫分离技术的原理
泡沫分离技术的原理首先呢，泡沫分离技术就是利用泡沫来进行物质分离的一种方法。
那它为啥能这么干呢？其实啊，是因为不同的物质在泡沫中的行为不太一样。
比如说，有些物质容易吸附在泡沫表面，而有些物质就不咋喜欢呆在泡沫上。
这就像是一群小伙伴，有的喜欢凑一块儿玩，有的就自己单独行动。
在这个过程中，我们会产生泡沫呀。
怎么产生泡沫呢？通常会有一些特殊的设备或者添加一些特定的物质来让溶液产生泡沫。
我觉得这一步其实可以根据实际情况去选择合适的方式，毕竟不同的场景可能需求不太一样嘛。
然后呢，那些容易吸附在泡沫表面的物质就随着泡沫被带到上面去了。
这个时候，就好像是坐电梯一样，它们被泡沫这个“电梯”给带到了另一个地方。
不过呢，这里面也有一些小窍门。
根据经验，控制好泡沫产生的速度和质量对整个分离过程影响还挺大的。
要是泡沫产生得太快或者太粗糙，可能就会影响分离的效果哦。
那为什么要这么大费周章地用泡沫来分离物质呢？这是因为这种方法在某些情况下真的很有效率。
对于一些微量物质的分离或者一些特殊体系下的分离，泡沫分离技术有着它独特的优势。
虽然刚开始了解这个技术的时候，可能会觉得有点绕，但是习惯了就好了呀！而且在这个过程中，我们还可以根据实际的分离需求来调整一些参数。
这个环节可以根据实际情况自行决定到底要调整哪些东西。
比如说，改变溶液的浓度或者调整一下产生泡沫的条件之类的。
最后呢，把泡沫里面的目标物质提取出来就大功告成啦！这一步要特别注意！要是不小心的话，前面的努力可就白费了。
泡沫分离技术的原理大概就是这么个事儿啦。
希望我的解释能让你对这个技术有个初步的了解哦！怎么样，是不是没有想象中的那么难呢？。
分离科学与技术第6章 泡沫浮选分离法
因此，控制适当条件可以分离不同金属离子。
第二节 离子浮选分离法
三、在有机试剂溶液中的离子浮选 某些有机试剂，可作为配位剂与某些元素发生配位反 应，形成可溶的带有电荷或中性的配合物，加入适当表
面活性剂，可被离子浮选分离。
有机试剂：偶氮胂III、二苯卡巴肼、丁基黄原酸钾、
对氨基苯磺酸铵、邻二氮菲等。
第三节 沉淀浮选分离法
第一节 装置与操作
基本操作： 通过微孔玻璃砂芯/塑料筛板送入氮气/空气，使其产生 气泡流，含有待测组分的疏水性物质被吸附在气-液界面
上，随着气泡的上升，浮至溶液表面形成稳定的浮渣
（沉淀 + 泡沫）或泡沫层，从而分离出来。
第二节 离子浮选分离法
金属离子试液中加入配位剂，调节酸度，形成配离子，
再加入与配离子带相反电荷的表面活性剂，形成离子缔合
表面活性剂非极性部分链（烃链）长度增加，浮选率
增大。
第二节 离子浮选分离法
一、影响无机离子浮选效率的主要因素 3. 离子强度 溶液中离子强度大小对泡沫分离影响很大。 离子强度增大，对浮选分离不利。可能是待测离子和 其它离子对表面活性剂产生竞争引起。
第二节 离子浮选分离法
一、影响无机离子浮选效率的主要因素 4. 配位剂 离子浮选法选择分离金属离子时，可利用其能否与配 位剂配位及配位能力的大小来浮选分离。
荡，分层后弃去水相；加 H2SO4 洗涤有机相，分层后弃
去水相。加丙酮溶解沉淀，移入比色器测定吸光度。
第三节 沉淀浮选分离法
一、影响沉淀浮选的主要因素 1. 捕集沉淀剂 也称载体或聚集沉淀剂，需从共沉淀和浮选两个角度 进行选择。 一般选择比气泡大得多的大分子絮凝状捕集沉淀剂，
微小气泡易进入沉淀剂空隙及附着在气-液表面，从而使
新型分离泡沫
14
12
泡沫分离的应用
矿物浮选：是泡沫分离应用最广的领域。 废水处理：废水中表面活性剂、COD、色素、有 机物的除去及铜、锌、镉、铬、汞等金属的分离 回收，含放射性元素的废水处理等。 海水中铀、钼、锌、铜等的富集。 生物医药：蛋白质、酶、病毒、细菌等的分离。
13
典型问答题
1.何谓渗透？何谓反渗透？ 2.何谓超滤过程的浓差极化？说明并画出示意图。 3.简述电渗析的基本原理。 4.何谓固定床吸附过程的透过曲线？ 5.简述分子蒸馏的原理，画出示意图。
温度: 每种表面活性物质都有一定的起泡温度,高于 该温度, 起泡性变差。温度也影响泡沫的稳定性。
其它：溶液pH、离子强度、气液流量、气泡大小等。
11
泡沫分离的优缺点 优点：设备和操作比较简单、能耗低、投资 少、成本低。尤其适合低浓度（如ppm级）条 件下表面活性物质的分离回收。 缺点：泡沫分离塔内的返混影响分离效率； 分离非表面活性物质时添加的表面活性剂的 回收问题。
当被分离的物质不是表 面活性物质时,可以通过加 入能与它结合的表面活性 剂后进行泡沫分离。
2
泡沫分离的分类
（1）泡沫分馏（即通常所指的泡沫分离）：用于溶 液分离。 （2）泡沫浮选：用于不溶解物质的分离, 又可分为：
①矿物浮选 ②离子或分子浮选：用于分离非表面活性的离子或 分子, 先加入浮选捕集剂（如絮凝剂）与被分离组分 形成难溶或不溶物, 然后用浮选法将其除去。 （3）无泡沫吸附分离：指用鼓泡方法进行分离, 但不 一定形成泡沫层。
第六章 泡沫（Foam）分离
泡沫分离又称泡沫吸附分离或鼓泡吸附分 离，是以气泡为介质, 依据各组分的表面活性的 差异而分离液体混合物的一种方法。
1
分离过程：气体在待分 离的液体中鼓泡，液体中 的表面活性物质聚集在气 泡的表面,气泡上浮至液体 上方形成泡沫层, 泡沫层 经破沫后得到含表面活性 物质的泡沫液（部分泡沫 液回流，类似于精馏）。
12
泡沫分离的应用
矿物浮选：是泡沫分离应用最广的领域。 废水处理：废水中表面活性剂、COD、色素、有 机物的除去及铜、锌、镉、铬、汞等金属的分离 回收，含放射性元素的废水处理等。 海水中铀、钼、锌、铜等的富集。 生物医药：蛋白质、酶、病毒、细菌等的分离。
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典型问答题
1.何谓渗透？何谓反渗透？ 2.何谓超滤过程的浓差极化？说明并画出示意图。 3.简述电渗析的基本原理。 4.何谓固定床吸附过程的透过曲线？ 5.简述分子蒸馏的原理，画出示意图。
温度: 每种表面活性物质都有一定的起泡温度,高于 该温度, 起泡性变差。温度也影响泡沫的稳定性。
其它：溶液pH、离子强度、气液流量、气泡大小等。
11
泡沫分离的优缺点 优点：设备和操作比较简单、能耗低、投资 少、成本低。尤其适合低浓度（如ppm级）条 件下表面活性物质的分离回收。 缺点：泡沫分离塔内的返混影响分离效率； 分离非表面活性物质时添加的表面活性剂的 回收问题。
当被分离的物质不是表 面活性物质时,可以通过加 入能与它结合的表面活性 剂后进行泡沫分离。
2
泡沫分离的分类
（1）泡沫分馏（即通常所指的泡沫分离）：用于溶 液分离。 （2）泡沫浮选：用于不溶解物质的分离, 又可分为：
①矿物浮选 ②离子或分子浮选：用于分离非表面活性的离子或 分子, 先加入浮选捕集剂（如絮凝剂）与被分离组分 形成难溶或不溶物, 然后用浮选法将其除去。 （3）无泡沫吸附分离：指用鼓泡方法进行分离, 但不 一定形成泡沫层。
第六章 泡沫（Foam）分离
泡沫分离又称泡沫吸附分离或鼓泡吸附分 离，是以气泡为介质, 依据各组分的表面活性的 差异而分离液体混合物的一种方法。
1
分离过程：气体在待分 离的液体中鼓泡，液体中 的表面活性物质聚集在气 泡的表面,气泡上浮至液体 上方形成泡沫层, 泡沫层 经破沫后得到含表面活性 物质的泡沫液（部分泡沫 液回流，类似于精馏）。
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）
泡沫分离
2.2 泡沫的形成与性质
泡沫是气体分散在液体介质中的多相非均匀体，是由极薄的液膜所隔开 泡沫 的许多气泡所组成的。 当气体通过纯水和搅动纯水时，就会产生气泡，但这种气泡很快就会破 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） （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。
3.1 泡沫分离的操作方式 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 沫而不断减少，待目标物 质分离完成后，残液从塔 底排出。
3.1 泡沫分离的操作方式 连续式泡沫分离过程
3.2 破沫器 破沫可采用静止法、离心分离、声波、超声波、震 动加热等方法。 如果用加入表面活性剂来形成络合物的方法，在脱 除非表面活性组分时，泡沫液中的络合物可通过化学反 应使需脱除的非表面活性组分形成不溶解的化合物，然 后用过滤将其从溶液中分出，再生的表面活性剂可循环 使用。
泡沫的稳定性
三 泡 结 构
泡
泡
泡的 的
定 的
的
的 的 120 泡沫稳定 定的
泡沫的稳定性
四 泡 结 构
泡 稳定的 泡 的稳定 泡 的 泡沫 的
3.泡沫分离的设备 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。 泡沫分离的基本流程有间歇式和连续式两种。
泡沫的形成
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。
泡沫分离技
泡沫分离是在表面活性物质的存在下 进行的，是日常生活中的常见现象， 各种洗涤作用就是根据泡沫分离的原 理。在工业生产中，泡沫分离在矿石 浮选和废水处理等领域已有大规模的 应用。在生物物质中，蛋白质、细胞 和细胞碎片是天然的表面活性物质， 可用泡沫吸附进行分离和浓缩。
二、泡沫分离原理
(一)表面张力与表面吸附
四、泡沫分离的应用
1、应用范围:
泡沫分离可用于粒子、分子、胶体和 沉淀颗粒的分离，在选矿、废水处理 和环境保护领域广泛应用。在生物分 离领域，可以应用于蛋白质分离、细 胞收集以及天然产物中有效成分的提 取。
2、应用优势： 泡沫分离在生物下游加工过程中具有如下优 势: （1）设备简单，易于放大； （2）操作简便，能耗低； （3）可以连续或间歇操作； （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）可以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。
（4）操作条件：气体流速和气液流速 比。 气体流速增大，会使泡沫在柱中的停 留时间缩短，不利于泡沫排液，影响 浓缩率和分离选择性；气速降低则使 泡沫在柱中的停留时间延长，容易引 起蛋白质的变性，因此必须设计合适 的气体流速。在连续操作中，还要设 计合适的液体流速，达到合适的气液 流速比。
3、影响泡沫稳定性的因素 （1）表面活性剂的浓度 在CMC以下，表面活性剂的浓度较 低，则泡沫不稳定。
（2）温度 温度升高会导致液相黏度降低，泡内 气体压力上升，气泡容易破裂。
三、泡沫分离设备与过程
泡沫分离设备主要由泡沫柱和消泡器 构成。
泡沫分离法
HLB 的范围
HLB值范围和应用
HLB值
1～3 3～6 7～9 8～18 13～15
应用
消泡剂 W/O乳化剂 润湿剂 O/W乳化剂 洗涤剂
15～18
增溶剂
HLB值范围和状态
HLB值 在水中状态
1 ～4
3 ～6
不能分散（不溶）
粗粒子分散
6 ～8
8～10 10～13 ＞13
激烈搅拌可呈乳化态
呈稳定的乳化态 几乎透明的分散洗涤剂 完全透明分散
表面活性剂：
–
能使表面张力大幅度下降的物质
表面张力下降原理
–在液体表面上
气液接触面积急剧下降 使表面张力急剧下降 –非极性基团--亲油基--伸向气相 –极性基团---亲水基---伸向液相
表面 活性剂 的作用
气 泡 结 构(structure
of bubbles) （正五边形构成的正十二面体）
气 泡 结 构(structure)
多级逆流吸附计算
泡沫分离过程的设计计算
塔板效率估算或选取
塔径计算：
根据塔顶泡沫液排出流率与
气体流率的经验关联求取塔径
破沫器的选型和设计：
机械搅拌、液体喷雾、破碎、加热等
泡沫分离的研究和工业应用
1915年开始应用于矿物浮选 50年代末受到重视 60年代应用于污水处理
70年代应用于DNA、蛋白质等分离
表面活性螯合剂和鳌和平衡 (chelating)
表面活性螯合剂
– 能与被脱除金属离子形成具有表面活性的络合物
被脱除阴离子与 表面活性剂的阴离子交换
交换常数
螯合平衡
(chelate equilibrium) （KA为螯合物的生成常数）
泡沫分离操作流程
泡沫分离操作流程一、准备工作。
咱们先得把要用的东西都找齐咯。
这就好比做饭得先把食材准备好一样。
需要一个合适的容器，这个容器得能装下咱们要进行分离的溶液，大小得根据要处理的量来决定，要是量小弄个大容器，就像小娃娃穿大人衣服，不合适嘛。
然后呢，还得有产生泡沫的装置，这可是关键家伙事儿。
再有就是收集泡沫和液体的工具，不能泡沫分离出来了，却没东西装，那可不行。
二、溶液配制。
接下来就是溶液的事儿啦。
要把需要进行泡沫分离的物质配制成溶液，这个溶液的浓度也有讲究哦。
如果太浓了，就像浆糊一样，可能会影响泡沫的产生和分离效果；要是太稀呢，就像清汤寡水的，分离出来的东西可能就不够量。
所以要根据实际情况，一点一点地调配，直到达到一个比较理想的浓度。
这就像调咖啡的浓度一样，每个人口味不一样，但总有个比较合适的比例。
三、泡沫产生。
好啦，东西都准备好了，溶液也配好了，就该让泡沫产生啦。
打开那个产生泡沫的装置，看着溶液里慢慢出现泡沫，就像魔法一样呢。
这个时候呀，要注意控制泡沫产生的速度和量。
如果泡沫产生得太快，就像疯长的野草，不好控制；要是太慢呢，那效率就太低啦。
而且不同的物质在产生泡沫的时候可能还会有一些小脾气，有的可能很容易就产生很多泡沫，有的就比较难，得耐心地调整装置的参数，找到最适合的状态。
四、泡沫收集。
泡沫产生得差不多了，就该把它们收集起来啦。
用专门的收集工具，小心翼翼地把泡沫和下面的液体分开。
这个过程就像在花丛里采花一样，要轻柔又准确。
收集起来的泡沫里可就包含着咱们想要分离出来的物质呢。
有时候泡沫可能会比较脆弱，一不小心就破了，那就前功尽弃了，所以要格外小心。
五、后续处理。
泡沫收集好了之后，还不能就这么不管了。
要对泡沫进行一些后续的处理，把里面的目标物质提取出来。
这就像从果实里取出果肉一样，得有合适的方法。
可能需要一些化学或者物理的手段，具体怎么做又得根据目标物质的特性来决定啦。
比如说，如果是某种有机物质，可能需要用特殊的溶剂来把它从泡沫里溶解出来；要是某种金属离子，可能就需要进行沉淀或者电解之类的操作。
泡沫分离操作流程
泡沫分离操作流程一、准备工作。
这就像是做饭前要把食材准备好一样。
我们得先有个合适的容器，这个容器呢得能让泡沫在里面欢快地产生和分离。
然后就是溶液啦，要把我们想要分离的物质放在溶液里，就像把各种小宝贝放在一个大池子里一样。
溶液的浓度也很有讲究哦，如果太稀了，可能效果就不太好，就像汤太淡了没味道一样；如果太浓了呢，又可能会让泡沫变得不听话。
再就是起泡剂啦，起泡剂可是泡沫分离的小助手，它能让泡沫更好地产生。
我们要选合适的起泡剂，就像选一个靠谱的小伙伴一起玩耍。
二、产生泡沫。
这时候就像是在开一场泡沫派对。
我们要通过一些方法让起泡剂在溶液里产生大量的泡沫。
可以用搅拌的方法呀，就像拿根小棍在溶液里搅啊搅，泡沫就慢慢冒出来啦。
或者用气体吹入的方式，就像在吹泡泡一样，只不过这里是在溶液里吹，那些小气泡就像一个个小气球一样不断地往上冒。
在这个过程中呢，我们要注意控制速度和力度，要是太猛了，泡沫可能会不听话地到处跑；要是太慢了，又要等好久才能有足够的泡沫。
三、泡沫的收集。
当泡沫产生得差不多的时候，就要把这些调皮的泡沫收集起来啦。
可以用一些特殊的工具，像小勺子或者小铲子之类的，轻轻地把泡沫舀起来。
这个过程就像在捞宝藏一样，那些泡沫可都是带着我们想要分离的物质的呢。
不过要小心哦，不能把下面的溶液也带太多上来，不然就不纯粹啦。
四、泡沫的处理。
把泡沫收集起来之后，可不能就这么放着不管。
我们要对泡沫进行处理，把里面我们想要的物质提取出来。
这就有点像从包裹里把礼物拿出来一样。
可以通过一些物理或者化学的方法，比如说加热让泡沫破裂，然后把里面的物质留下来。
或者用一些溶剂把我们想要的物质溶解出来，就像用魔法水把宝贝变出来一样。
五、收尾工作。
最后呢，就是把剩下的东西都收拾好啦。
把用过的容器清洗干净，就像给它洗个澡一样，这样下次还能接着用。
把那些不需要的溶液和残渣处理好，可不能乱丢哦，要像个有教养的小伙伴一样爱护环境。
泡沫分离的操作流程就是这样充满趣味又有点小讲究的啦。
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调节池
泵 泵
煤渣吸附滤池 泡沫分离塔
泵 PAC
达标排放水
絮凝反应罐
泡沫处理：
泵 气水分离器 破泡器
污水
格棚井
泡沫分离塔
煤渣吸附滤池 煤渣外运
污泥处理：
石灰粉
泥汞
污泥絮凝罐 带式压滤机 干污泥外运
24
斜管沉淀池
污水浓缩池
废水处理设备 泡沫分离器的工作原理， 是利用高速水流的强化涡流 作用，使气/水充分混合， 并在水中产生大量的细小气 泡，由于气泡表面张力的作 用，使水中的重金属、蛋白 质、纤维、残铒及粪便的细 小颗粒和粘液等有机质吸附 于气泡表面，泡沫分离器再 利用气水比重之差，将带有 污物的气泡浮选分离，从而 达到净化水质的目的。
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。
三、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。 泡沫分离的基本流程有间歇式和连 续式两种。
3.分离固体粒子
由于分离的对象是含有固体粒子的悬浮液，可以加入合
适的表面活性剂，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。
4.分离溶液中的离子分子
泡沫的形成与性质
泡沫是气体分散在液体介质中的多相非均匀体，是由极薄的液膜所隔开
的许多气泡所组成的。
当气体通过纯水和搅动纯水时，就会产生气泡，但这种气泡很快就会破 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
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； 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。
泡 沫 分 离
（foam separation）
主要内容
• 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
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。 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。
吉布斯方程适用于脂肪酸或长链醇等非离子表面活
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； 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
6.矿物浮选
泡沫浮选最古老、最广泛的应用领域是矿物浮选。在浮 选前，首先将矿石粉碎至一定大小，以利于随气泡漂浮；然后 加水制成矿浆，再加入浮选剂，搅拌或通入空气，形成泡沫进 行 浮选。大多数天然矿物的表面是亲水的，易为水所润湿。 因而，必须加入表面活性剂作为捕收剂和起泡剂。有时还加入 表面活性剂作为调节剂，对捕收剂起促进或抑制作用，以达到 对 混合矿物作选择性浮选的目的。表面活性剂可以选择性地 改变矿物的疏水性，从而使浮选几乎可用于所有的矿石，同时 它又有利于矿浆形成泡沫，以作为浮选的分离手段。泡沫浮选 至今仍是大多数矿物 的分选和煤净化的一种最有效的技术。
泡沫的稳定性
泡沫不是很稳定的体系
泡沫消灭的原因：
A. 液膜因彼此压力不均或间隙液流失等原因变薄，导致气泡破裂。 B. 由于小气泡的压力比大气泡高，因此气体可以从小气泡通过液膜 向大气泡扩散，导致大气泡变大，小气泡变小，以至消失。 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。
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。
某种表面活性剂（作为捕集剂）和该富集质络合或螯合后，才能分
离； C. 当全塔都具有稳定的泡沫时，可利用回流尽可能增加单塔分离能 力； D. 可直接用于处理含有细胞或细胞碎片的料液；
E. 设备和操作十分简单，能耗低。
泡沫分离的局限性：
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
2.分离细胞
泡沫分离法可以从待分离基质中分离出全细胞。周长 春用月桂酸、硬脂酰胺或辛胺作为表面活性剂，对初始细
胞浓度为 7.2x108 cfu/cm3的大肠杆菌进行细胞分离，结果
1min内能除去90％的细胞，用10min的时间能去除99％的细 胞。此外，泡沫分离还可用于酵母细胞、小球藻、衣藻等 的分离。
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。
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。
泡沫分离的操作方式
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
四、泡沫分离的特点和应用
泡沫分离的优点： A. 能在很低的浓度（数量级在ppm 范围）下有效地除去表面活性物 质； B. 可以除去同样浓度的非表面活性物质如金属离子等，但必须加入
5.分离皂苷有效成分
目前，人参皂苷和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。王良贵等对三七粗 提液进行泡沫分离，泡沫相三七皂苷收得率为73. 6％， 液相三七多糖收得率为87.5％。傅博强等使用泡沫分 离技术对甘草酸进行富集纯化质量回收率最高达91.7 ％,并随氮气流量、甘草酸的初始进料浓度、泡沫分 离柱的高度和内径的增加而增大，泡沫分离所得甘草 酸的质量纯度和HPLC光谱纯度分别为82.4％和 90.2 ％，而对原料中甘草酸单铵盐不纯物则分别为 76.0 ％ 和86.0％，结果表明泡沫分离纯化富集甘草酸省时， 省力，成本低。
泡沫分离不失为一种应用很广、很有发展前途的 新颖分离技术。
1.废水处理中的应用 2.分离细胞
应 用 领 域
3.分离固体粒子 4.分离溶液中的离子分子
5.分离皂苷有效成分
6.矿物浮选
7.分离蛋白质二元及多元体系
8.蛋白一酶体系的分离
1.废水处理中的应用
污水处理流程： 厂区污水
格棚井
斜管沉淀池
隔油集水井
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。
泡沫分离的应用
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。
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。
泵 泵
煤渣吸附滤池 泡沫分离塔
泵 PAC
达标排放水
絮凝反应罐
泡沫处理：
泵 气水分离器 破泡器
污水
格棚井
泡沫分离塔
煤渣吸附滤池 煤渣外运
污泥处理：
石灰粉
泥汞
污泥絮凝罐 带式压滤机 干污泥外运
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斜管沉淀池
污水浓缩池
废水处理设备 泡沫分离器的工作原理， 是利用高速水流的强化涡流 作用，使气/水充分混合， 并在水中产生大量的细小气 泡，由于气泡表面张力的作 用，使水中的重金属、蛋白 质、纤维、残铒及粪便的细 小颗粒和粘液等有机质吸附 于气泡表面，泡沫分离器再 利用气水比重之差，将带有 污物的气泡浮选分离，从而 达到净化水质的目的。
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。
三、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。 泡沫分离的基本流程有间歇式和连 续式两种。
3.分离固体粒子
由于分离的对象是含有固体粒子的悬浮液，可以加入合
适的表面活性剂，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。
4.分离溶液中的离子分子
泡沫的形成与性质
泡沫是气体分散在液体介质中的多相非均匀体，是由极薄的液膜所隔开
的许多气泡所组成的。
当气体通过纯水和搅动纯水时，就会产生气泡，但这种气泡很快就会破 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
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； 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。
泡 沫 分 离
（foam separation）
主要内容
• 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
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。 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。
吉布斯方程适用于脂肪酸或长链醇等非离子表面活
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； 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
6.矿物浮选
泡沫浮选最古老、最广泛的应用领域是矿物浮选。在浮 选前，首先将矿石粉碎至一定大小，以利于随气泡漂浮；然后 加水制成矿浆，再加入浮选剂，搅拌或通入空气，形成泡沫进 行 浮选。大多数天然矿物的表面是亲水的，易为水所润湿。 因而，必须加入表面活性剂作为捕收剂和起泡剂。有时还加入 表面活性剂作为调节剂，对捕收剂起促进或抑制作用，以达到 对 混合矿物作选择性浮选的目的。表面活性剂可以选择性地 改变矿物的疏水性，从而使浮选几乎可用于所有的矿石，同时 它又有利于矿浆形成泡沫，以作为浮选的分离手段。泡沫浮选 至今仍是大多数矿物 的分选和煤净化的一种最有效的技术。
泡沫的稳定性
泡沫不是很稳定的体系
泡沫消灭的原因：
A. 液膜因彼此压力不均或间隙液流失等原因变薄，导致气泡破裂。 B. 由于小气泡的压力比大气泡高，因此气体可以从小气泡通过液膜 向大气泡扩散，导致大气泡变大，小气泡变小，以至消失。 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。
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。
某种表面活性剂（作为捕集剂）和该富集质络合或螯合后，才能分
离； C. 当全塔都具有稳定的泡沫时，可利用回流尽可能增加单塔分离能 力； D. 可直接用于处理含有细胞或细胞碎片的料液；
E. 设备和操作十分简单，能耗低。
泡沫分离的局限性：
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
2.分离细胞
泡沫分离法可以从待分离基质中分离出全细胞。周长 春用月桂酸、硬脂酰胺或辛胺作为表面活性剂，对初始细
胞浓度为 7.2x108 cfu/cm3的大肠杆菌进行细胞分离，结果
1min内能除去90％的细胞，用10min的时间能去除99％的细 胞。此外，泡沫分离还可用于酵母细胞、小球藻、衣藻等 的分离。
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。
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。
泡沫分离的操作方式
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
四、泡沫分离的特点和应用
泡沫分离的优点： A. 能在很低的浓度（数量级在ppm 范围）下有效地除去表面活性物 质； B. 可以除去同样浓度的非表面活性物质如金属离子等，但必须加入
5.分离皂苷有效成分
目前，人参皂苷和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。王良贵等对三七粗 提液进行泡沫分离，泡沫相三七皂苷收得率为73. 6％， 液相三七多糖收得率为87.5％。傅博强等使用泡沫分 离技术对甘草酸进行富集纯化质量回收率最高达91.7 ％,并随氮气流量、甘草酸的初始进料浓度、泡沫分 离柱的高度和内径的增加而增大，泡沫分离所得甘草 酸的质量纯度和HPLC光谱纯度分别为82.4％和 90.2 ％，而对原料中甘草酸单铵盐不纯物则分别为 76.0 ％ 和86.0％，结果表明泡沫分离纯化富集甘草酸省时， 省力，成本低。
泡沫分离不失为一种应用很广、很有发展前途的 新颖分离技术。
1.废水处理中的应用 2.分离细胞
应 用 领 域
3.分离固体粒子 4.分离溶液中的离子分子
5.分离皂苷有效成分
6.矿物浮选
7.分离蛋白质二元及多元体系
8.蛋白一酶体系的分离
1.废水处理中的应用
污水处理流程： 厂区污水
格棚井
斜管沉淀池
隔油集水井
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。
泡沫分离的应用
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。
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。