泡沫分离

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
表面活性剂，消耗量大，同时伴随着二次回收的
问Baidu Nhomakorabea；
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。
结果表明:TX-10发泡性能最 强，其浓度达到5mg/L时具 有发泡性。AEO3与LAS最低 发泡浓度为10 mg/L。同时, 也可推论，经处理后的废水， 如不再具有发泡性，则其表 面活性剂类浓度一定小于10 mg/L。
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发泡性能试验
取80 mg/L 的AES、AEO3、TX-10各11000 mL，置于泡沫分离桶中， 桶 高径比为10:1， 桶高1200mm， 用小型鼓风机鼓风， 风量为1. 34 L/min。发 泡性能试验结果如下：
分子浮选
吸附胶体 浮选
二、泡沫分离的基本原理
泡沫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藉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。
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。
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。
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。
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
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
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一、泡沫分离的定义和分类
泡沫分离的定义
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，也称泡沫分级或鼓泡分级。
泡沫分离的分类
泡沫分离
无泡沫分离吸附
泡沫分馏
泡沫浮选
溶媒浮选
鼓泡分馏
矿物浮选
粗粒浮选
微粒浮选
沉淀浮选
离子浮选
7.分离蛋白质二元及多元体系
在分离蛋白质体 系中，蛋白质的活性在吸附过程中起 了主导作用，但对于表面活性相近的蛋白质，在气液界面 的吸附结构又决定了蛋白质的吸附优势，因此蛋白质表而 活性强弱的判定是断定泡沫分离效果的首要前提。Hossai 等在研究中发现：泡沫分离对β- 乳球蛋白和牛血清蛋白具 有很高的回收率，其中β- 乳球蛋白回收率高达96％，牛血 清蛋白收率83％。 对于 3 种蛋白质的混合体系，zam 等以乳铁传递蛋白、 牛血清白蛋白和仅α- 乳白蛋白 3种蛋白质的混合液为研究 对象进行了泡沫分离的研究，在最佳条件下有87％的乳铁 传递蛋白留在残液中，而牛血清白蛋白与 仅 一 乳白蛋白 在泡沫液中的收率分别达到了98％和91％。
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。
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
束 ”， b点的浓度即为临界浓度
(CMC)。
对于非离子型表面活性剂，上图曲线更接近于 Langmuir 等温方程：
其中，K和K’均为常数。
在饱和时，K’c >> 1，此时Γ= K / K’。所以溶液中表面活
性剂超过CMC后，表面过剩值Γ恒定不变。 许多表面活性剂的Γ都在3*10-10mol/cm2左右。
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。
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。
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
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。
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
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。
三 泡 结 构
泡与泡之间壁为平面，三个泡的共同交界处形成有一定曲率
半径的小三角形柱体，由于这个曲率半径，使液膜中位于平面内
的液体所受的压力要比位于三角柱体壁内的液体所受压力高很多， 这一压力梯度会导致液膜中液体由膜向小三角柱体流动，从而使 平壁逐渐变薄，最后在阻力的平衡下，膜达到一定的厚度。当膜 间夹角为120°时，压力差最小，泡沫稳定。
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
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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。
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。