泡沫分离技术的应用(论文)

泡沫分离技术的应用及研究进展

摘要：泡沫分离技术是近些年得到重视的分离技术之一，介绍了泡沫分离技术的应用，介绍了此技术可分离细胞，可分离富集蛋白质体系，泡沫分离_Fenton氧化工艺处理表面活性剂废水，泡沫分离_Fenton氧化处理炼油废水，两级泡沫分离废水中大豆蛋白的工艺，聚氨酯泡沫塑料分离富集石墨炉原子吸收光谱法测定痕量金，硅片线锯砂浆中硅粉与碳化硅粉的泡沫浮选分离回收，超滤与泡沫分离内耦合应用于表面活性物质浓缩分离的实验研究，重点研究了此技术分离皂苷的有效成分。

关键词：泡沫分离；富集蛋白质；泡沫浮选法；两级泡沫分离；聚氨酯泡沫塑料分离；超滤与泡沫分离

0 前言

泡沫分离技术可用于分离各种物质——小到离子而至粗大的矿石颗粒。泡沫浮选法精选矿石已有60年以上的历史。虽然1937年Langmuir等已发现离子也有可能应用浮选来提取,可是直到1959年才由Sebba提出泡沫浮选也可能应用于分析技术中。但实际应用于分析分离还只是近十年左右才实现的。到目前为止已对Ag、As、Au、Be、Bi、Cd、Ce、Co、Cr、Cu、F、Fe、Hg、In、Mn、Mo、Ni、Pb、Pd、Pm、Ra、Re、Sb、Th、U、V、W等元素以及一些有机物的泡沫分离作了广泛的研究。

1 泡沫分离技术的简介

泡沫分离技术是通过向溶液中鼓泡并形成泡沫层，将泡沫层与液相主体分离，由于表面活性物质聚集在泡沫层内，就可以达到浓缩表面活性物质或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结合的任何物质吸附作用使气泡表面的溶质浓缩，清除在液体表面上形成的泡沫，即可除去被浓缩的物质。泡沫分离是吸附性气泡分离技术中的一种，由于气泡能够以极少量的液体提供极大的表面积，因此如果某种溶质能够选择性地吸附在气液界面，该溶质在泡沫中的浓度将大于其在主体液相中的浓度。这种技术最初用于矿物浮选、污水处理等领域。近年来，基于其在生物医药和食品工业领域的巨大应用潜力，泡沫分离技术在生物分离特别是分离稀溶液中蛋白质的过程中受到了越来越多的关注，因此泡沫分离技术是近些年得到重视的分离技术之一。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。

2 泡沫分离技术的应用

2.1 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。

中药生产包括提取、分离富集、浓缩、干燥等一系列复杂操作,提取后的分离富集是改变传统中药"粗、大、黑"的关键一环.浮选分离是一项利用物质在气泡表面上吸附性质的差异进行分离的技术溶液中含有表面活性成份是泡沫分离的必要条件之一,而中草药中的一些有效成分具有表面活性的特性,能够在强烈搅拌或沸腾时产生稳定的泡沫,因此中药水提液具备了泡沫分离的必要条件。

三七为五加科人参属植物,是我国特产的传统珍贵药材,其药用部分为干燥块根它具有活血化瘀、消肿止痛和滋补强壮等多种药理和生物活性.三七的化学成分比较复杂,主要含有皂苷、黄酮、蛋白质、氨基酸、多糖蛋白、甾醇、挥发油和油脂等成分[6]。

2.2泡沫分离_Fenton氧化工艺处理表面活性剂废水

含表面活性剂废水易在气液界面聚集并形成排列整齐的分子膜, 使界面附近表面活性剂的浓度相对提高,隔绝水和氧的交换,抑制其他有毒物质的降解,影响水体自净[10]。若该废水排入水体环境中,则严重危害人类健康和生态平衡。目前处理含表面活性剂废水的方法有物理法(泡沫分离法、光催化氧化法、超声降解、膜过滤技术)、化学法(化学絮凝法、化学氧化法、离子交换法)和生物法(如活性污泥法、厌氧消化法)等。其中泡沫分离法具有工艺简单、操作简便、运行稳定、处理效果好等特点, 但由于其对COD去除率较低,费用高等问题,因此常需要和其他工艺联合进行[9]。

2.3泡沫分离_Fenton氧化处理炼油废水

大多数表面活性剂属于难生物降解物质,若不经处理直接排入水体,将严重危害人类健康和生态平衡[11]。目前含表面活性剂废水处理主要采用物理法(泡沫分离法、光催化氧化法、超声降解和膜过滤技术等) 、化学法(化学絮凝法、化学氧化和离子交换法等) 、生物法(活性污泥法和厌氧消化法)等。其中泡沫分离法具有工艺简单、操作简便、运行稳定、处理效果好等特点,但由于存在COD 去除率较低、费用高等问题,因此常需要和其他工艺联用某炼油公司废水处理站采用隔油/浮选(气浮—曝气) /生化曝气处理工艺。采用该工艺处理后出水各项指标均可达标,但由于废水具有很强的发泡性,生产运行过程中会间歇产生大量泡沫(生化曝气工段) ,生物处理效率低;此外,达标水在排放过程中遇到气流、水流等的搅动会间歇产生大量泡沫[12]。针对此问题,经过调研及多方论证,采用泡沫分离—Fenton氧化联用技术成功地解决了出水排放过程中产生泡沫的问题。

3 泡沫分离技术的优缺点

3.1优点：

泡沫分离设备简单，易于放大；

操作简单，能耗低：

可连续和间歇操作；

在生物下游加工过程的初期使用，处理体积庞大的稀料液；

可直接用于处理含有细胞或细胞碎片的料液；

只要操作条件设计合理，可获得很高的分离效率。

3.2缺点：

影响因素多，如溶液的pH值，表面活性剂浓度，温度，气流速度，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。

4 结语

泡沫分离法在污水处理，矿物浮选，金属特别是稀有金属的回收检测等方面都有很重大的意义，在水处理中的应用始于19世纪90年代，当时欧洲国家用它来处理溶解于水的各种表面活性物质。

参考文献

[1]邓修.泡沫吸附分离技术进展[J].石油化工,1984,13(9):627-635.

[2]董红星裴健刘剑.化工的基本应用《化工时刊》2004年第5期20-22

[3]郑瑞东刘鹰.泡沫在现代渔业中的应用《现代渔业信息》2005年第9期18-25

[4]董红星李占双.科技的前沿应用《应用科技》2003年第3期120～140

[5]修志龙张代佳.泡沫分离的过程《过程工程学报》2001年第3期84～90

[6]修志龙张代佳等.泡沫分离法分离人参皂苷[J].过程工程学报.2003,15(6):85～87.