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。
表面活性剂溶入溶液后表现出两个基本性 质： 1 水溶液中溶解行为是很快地聚集在水面 并形成亲水基团在水中，亲油基伸向气 相的定向单分子排列，使空气和水的接 触面减小，从而使表面张力急剧下降， 同时，多余的分子则在溶液内部形成分 子状态的聚集体－胶束，并分布在液相 主体内； 2 超过表面活性剂形成胶束的最低浓度后， 溶液表面张力不再降低,但在相界面上， 由于上述定向排列的单分子层的作用， 具有选择性的定向吸附作用，会显著地 改变原溶液的界面的性质，造成各种界 面作用，泡沫分离就是充分利用表面活 性剂的界面作用发展起来的一种新型的 分离方法。
（3）、泡沫的形成与性质
②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。 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，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。
泡沫分离作用主要取决于组份在气—液界面上
吸附的选择性和程度，本质是各种物质在溶液
中的表面活性的差异。
（1）表面活性剂及其界面特性
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。 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、粒子浮选、分 子浮选、沉淀浮选和吸附胶体浮选。
（2）影响泡沫分离的因素
②溶液PH值 溶液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Γ/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。
（2）影响泡沫分离的因素
③表面活性剂浓度 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，太高使分离效率下降。 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。
（2）影响泡沫分离的因素
Γ=K/K`
（3）、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。
气泡借助浮力上升， 冲击溶液表面的单 分子膜。
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：

无泡沫分离：是指用鼓泡进行分离，但不一定形成 泡沫层，可分为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，使得 溶质得到浓缩，液相主体被净化。 溶媒浮选是在溶液顶部设臵有一种与其互不相溶的 溶剂，用它来萃取或富集有塔底鼓出的气泡所吸附 的表面活性物质。