第七章 泡沫分离法.

一、概述
二、泡沫分离的分类
三、泡沫分离的基本原理
四、泡沫分离操作方式
五、影响泡沫分离效率的因素 六、泡沫分离应用
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，籍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。 泡沫分离作用的本质是各种物质在溶 液中的表面活性的差异，主要取决于组分 在气－液界面上吸附的选择性和程度。
连续式泡沫分离过程
料液和表面活性剂连续加入
塔内，泡沫液和残液连续从塔内 排出。
Baidu Nhomakorabea
破沫可采用静止法、离心分离、声波、 超声波、震动加热等方法。 如果使用的是加入表面活性剂来形成 络合物的方法，在脱除非表面活性剂时， 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， 然后过滤分离，再生的表面活性剂可以循 环使用。
到泡沫层而分离。
2、溶液的pH值
溶液的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Г/c（吸附分配因子）最大，这样可从 离子混合物中分离个别离子。
3、表面活性剂的浓度
表面活性剂的浓度不宜超过 CMC ， 但也不能太低，使泡沫层不稳定，太 高则使分离效率下降。
如果溶液中含离子型表面活性剂， 则(6-1)式可修正为
1 d nRT d ln c
（7－2）
n为与离子型表面活性剂类型有关的常 数：对完全解离型电解质，n＝2；在电解 质溶液中还添加过量无机盐时，n＝1。
在低浓度时，Г随溶液 中表面活性剂浓度的增大而 线性增大； 当表面活性剂的浓度高 于CMC时，多余的表面活性 剂开始在溶液内部形成胶束， 这时Г便不随表面活性剂浓 度的增大而变化。 表面活性剂的CMC一般在0.001～0.02mol/L 左右，泡沫分离最好在低于CMC下进行。
4、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，还要根据吸附平衡的类型来选 择温度的高低。
5、气流速度
气流速度上升，泡沫形成速度上升， 则单位时间的去除率也上升，但泡沫中间 歇液的含量也上升，因而降低了塔顶泡沫 液的浓度。
气速过大时，泡沫中气液分离则易形 成乳化气体，对操作不利。
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。
泡沫层排液是泡沫中液体的流 体学行为，它是研究泡沫塔特性、 气液表面吸附机理以及泡沫分离塔 设计的基础。
泡 沫 浮 选
泡沫分离
按分离对象是溶液还是含有固体粒子 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)
泡沫分馏用于分离溶解物质，它们可以 是表面活性剂，或者可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。
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 泡与泡之间以少量液体构成的隔膜（液 膜），是泡沫的骨架。
泡沫的稳定及层内排液
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 力不均或间隙流的流失等原因而发生破裂， 导致气泡间的合并现象；
1、Gibbs等温吸附方程
当一种非离子型表面活性剂以非常低 的浓度溶解于纯溶剂中时，根据Gibbs等 温吸附方程，可得
1 d RT d ln c
（7－1）
Г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（Г/c 为吸附分配因子）；σ为溶液的表面张力，c为 溶质在主体溶液中的平衡浓度。
2、泡沫的形成
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包裹的气泡， 与此瞬时，溶液中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。
气泡借助浮力上升，冲击溶液表面 的单分子膜。
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。
泡沫分离法的缺点
表面活性剂大多是高分子化合物，消 耗量较大，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。
6、离子强度
很多泡沫体系对离子强度很敏感， 离子强度增加，效率很快下降，这是 由于相同电荷离子的竞争吸附引起的。
7、其他因素
泡沫的性质
泡沫层高
排沫方式
搅拌
一、概述
二、泡沫分离的分类
三、泡沫分离的基本原理
四、泡沫分离操作方式
五、影响泡沫分离效率的因素 六、泡沫分离应用
泡沫分离的应用
一类是本身为非表面活性剂，可通过 络合或其它方法使其具有表面活性再进行 分离。 另一类是本身具有表面活性物质的分 离以及天然或合成表面活性剂的分离，如 全细胞、蛋白质、合成洗涤剂等的分离。
泡沫分离法分离大肠杆菌
用月桂酸、硬酯酰胺或辛胺作表面活
性剂，对初始细胞浓度为 7.2×108 个/cm3
的大肠杆菌进行泡沫分离，结果用 1 分钟 能除去90％的细胞，用10分钟时间就能除 去99％的细胞。
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、离子浮选、分子浮选、沉淀浮选 和吸附胶体浮选。
无泡沫分离
无泡沫分离是指用鼓泡进行分离，但不一 定形成泡沫层，可分鼓泡分馏和溶媒浮选。 鼓泡分馏是从它设备底部通气鼓泡，表面 活性物质被气泡富集并上升至塔顶，和液相主 体分离，使溶质得到浓缩，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。
一、概述
二、泡沫分离的分类
三、泡沫分离的基本原理 四、泡沫分离操作方式 五、影响泡沫分离效率的因素 六、泡沫分离应用
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
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。
一、概述
二、泡沫分离的分类
三、泡沫分离的基本原理
四、泡沫分离操作方式
五、影响泡沫分离效率的因素 六、泡沫分离应用
泡沫分离法的分类
泡沫吸附分离 泡沫分离 泡 沫 分 馏 无泡沫吸附分离 鼓 泡 分 馏 溶 媒 浮 选
第七章 泡沫分离法
（Foam Separation）
一、概述
二、泡沫分离的分类
三、泡沫分离的基本原理
四、泡沫分离操作方式
五、影响泡沫分离效率的因素 六、泡沫分离应用
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。 1915年用于矿物浮选
50年代用于分离金属离子的研究；
一、概述
二、泡沫分离的分类
三、泡沫分离的基本原理
四、泡沫分离操作方式
五、影响泡沫分离效率的因素 六、泡沫分离应用
泡沫分离的操作有两个基本过程：
1）待分离的溶质被吸附到气液界面；
2 ）对被泡沫吸附的物质进行收集并破坏 泡沫，将溶质提取出来。 主要设备为泡沫塔和破沫器。
间歇式泡沫分离过程
气体从塔底连续鼓入， 形成的泡沫从塔顶连续排 除，原料液因不断形成泡 沫而减少，可在塔的下部 适当补充表面活性剂，以 弥补其在分离过程中的减 少。