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泡沫分离技术

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泡沫浮选分离技术

泡沫浮选分离技术

一、摘要泡沫浮选分离法是在一定的条件下，向试液鼓入空气或氮气使之产生气泡，将溶液中存在的欲分离富集的微量组分(离子、分子、胶体或固体颗粒）吸着或吸附在其上面并随着气泡浮到液面，从而与母液分离，收集后即达到分离和富集的目的。

泡沫浮选分离法是在矿物分离中一种常用的方法，在分析化学的分离富集物质中取得显着的成绩。

随着分析技术的提高，及跟其它测试手段的使用。

泡沫浮选技术必将在稀溶液的分离，有价物质的回收方面有更加广泛的使用。

二、基本概念泡沫分离技术是近十几年发展起来的新型分离技术之一，在化工、生化、医药、污水处理等领域得到了广泛的应用。

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。

目前一般只能分离溶液中ppm 量级的物质。

高纯金属中微杂质的分离亦有采用此法的。

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。

按分离对象是溶液还是含有固体例子的悬浮液、胶体溶液，泡沫分离可以分成泡沫分馏和泡沫浮选两种分离方法。

泡沫浮选分离就是利用某种物质(如离子、分子、胶体、固体颗粒、悬浮微粒)，表面活性的不同，可被吸附或粘附在从溶液中升起的泡沫表面上，从而与母液分离的技术。

泡沫浮选分离技术用于分离不溶解的物质，它的优点是使用的分离装置简单并易于放大，可连续和间歇操作并能实现自动化和连续化操作。

三.原理表面活性剂在水溶液中有富集（吸附）在气/液界、泡沫浮选的简单原面（溶液中气饱表面）的倾向，它在气泡表面是定向排列的，分子内带电的极性端?朝向气-液界面的水的一边，这时表面活性剂将与一种或一类的离子由于物理的?(如静电引力)或化学的(如络合作用)原因相互作用而联结在一起，被气泡带至液?面，从而达到分离的目的。

泡沫分离法泡沫分离

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。

泡沫分离

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..

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。

泡沫分离法

泡沫分离法

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浓缩塔：表面活性剂的料液连续加入塔中的鼓泡 区，在塔顶设臵回流。将凝集的泡沫液部分引回 塔顶，以提高泡沫液的浓度即塔顶产品浓度，故 像精馏塔中的精馏段。除了外回流外，上升泡沫 中气泡聚集所形成的内回流同样具有提高塔顶产 品浓度的作用。但对残液的去污效果不好。 提取塔：料液从泡沫塔顶加入，这样的操作可以 达到很高的去污系数。故相当于提取塔。 复合塔：料液和部分表面活性剂由泡沫段底部加 入，塔顶也采用部分回流，故相当于复合塔。
泡沫分馏用于分离溶解物质，它们可以是表 面活性剂如洗涤剂，也可以是不具有表面活 性的物质如金属离子、阴离子、蛋白质、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。
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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
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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：
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A.间歇式泡沫分离过程 气体从塔底连续鼓 入，形成的泡沫液从塔 顶连续排出．原料液因 不断形成泡沫而减少， 可在塔的下部补充适当 表面活性剂，以弥补其 在分离过程产的减少。 间歇式操作可用于溶液 的净化和有用组分的回 收。见下图：
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B.连续式泡沫分离过程 这种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。 按照原料液引入塔的位臵不同，可将连 续泡沫分离分为浓缩塔(或称精馏塔)、提馏 塔和两者叠加的复合塔．可分别得到不同的 分离效果。见下图中(a)、(b)、(c)。

泡沫分离技术

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。

第六章泡沫分离法

第六章泡沫分离法

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。
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。
第六章 泡沫分离法
（Foam Separation）
泡沫分离技术（泡沫吸附分离技术）
➢ 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、离子浮选、分子浮选、沉淀浮选 和吸附胶体浮选。
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。
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 此压力不均或间隙流的流失等原因而发 生破裂，导致气泡间的合并现象；
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。
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。
二．泡沫的形成与性质

泡沫吸附分离技术

泡沫吸附分离技术
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
带有平行倾斜通道的泡沫分离塔
带有水平泡沫相的泡沫分离塔
带有椭圆型泡沫通道的泡沫分离塔
带有丝网过滤器的泡沫分离塔
带有截流板和导流筒的泡沫分离塔
带有泡罩塔板的泡沫分离塔
内容
1 背景介绍 2 研究进展 3展 望
背景介绍一展望
泡沫分离的优点
1. 设备简单，可连续进行 2. 一般在冷态下操作，适用于热敏性以及不稳定物质的分离 3. 在低浓度下分离有效，适用于溶液中低浓度组分分离回收 4. 能耗低
结论：加入内构件强化后，CV分离效率比未添加时提高了4倍
Yang, Q. W. J Hazard Mater 2011, 192, (3), 1900-4. Lu, K.; Separation and Purification Technology 2013, 118, 710-715.
研究进展一反应器结构研究
背景介绍一分类
泡沫分离的分类
泡沫分离技术根据分离的物质是否溶解分为泡沫分馏法 与泡沫浮选法
泡沫分馏法用于分离溶解的物质，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
泡沫浮选法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，又可分为矿物浮选、粗粒浮选、微粒 浮选、分子浮选、沉淀浮选和吸附胶体浮选

泡沫分离技术

泡沫分离技术

泡沫分离技术综述李现荣化学工艺 20620101151492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。

一.泡沫分离技术的产生及发展概述早在古代时期，人们就开始利用物质的表面特性从矿物里面分离出金属金。

随着人们认识的提升及经验的积累，利用物质表面特性来对矿物进行浮选的工艺逐渐成熟，于20世纪初开始利用泡沫浮选技术对矿物中的金属进行浮选。

泡沫浮选技术的发展促进了对泡沫分离过程机制及应用范围的深入研究。

20世纪50年代，利用泡沫分离方法对离子、分子、胶体及沉淀等物质进行分离逐渐引起了研究学者们的关注，并开始将其作为一种单元操作加以研究。

研究者们最初致力于从溶液中回收金属离子的课题，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废水泡沫分离的实验研究，1977年开始报道用阴离子表面活性剂泡沫分离DNA、蛋白质、液体卵磷脂等生物活性物质。

分离科学与技术第6章 泡沫浮选分离法

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

第十三章泡沫分离技术

第十三章泡沫分离技术

（四）泡沫分离的应用
A.蛋白质和酶的分离浓缩 泡沫分离可应用 于各种蛋白质和酶的分离。 B 皂苷的富集和浓缩
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。
泡沫浮选：用于分离不溶解的物质，根据被分离对象
是分子还是胶体，是大颗粒还是小颗粒，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 用于共生矿中单质的分离，其中粗粒浮选粒子直径大 约为1~10mm内，微粒浮选对象为直径1m~1mm的胶 体、高分子物质或者矿浆；
泡沫的形成
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。
（三）泡沫分离的操作方式及其影响因素
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。
影响泡沫分离的因素
A．待分离物质的种类 B．溶液的pH值 溶液的pH值对分离效果有很大的影响。 C .表面活性剂浓度 表面活性剂的浓度不宜超过临界胶束浓度， 但也不能太低，使泡沫层不稳定，太高则使分离效率下降。 D．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，其次根据吸附平衡的类型来选择温度的高低。 E．气流速度 F．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
异。
表面活性剂表现出表面活性和界面性质
表面活性剂溶于水中 多余的分子形成胶束 溶于溶液中

泡沫分离法

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）

分离方法——泡沫分离法

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。

泡沫分离技术的原理

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？。

新型分离泡沫

新型分离泡沫
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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。
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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。
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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。
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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）
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泡沫分离技术研究进展及发展趋势The development situation and trend of foam fractionation
姓名：吕虹锋
学号：C31114041
专业：11级高分子材料与工程
课程：现代分离技术
教师：陈鹏鹏
摘要：本文综述了泡沫分离的原理，技术设备；还讨论了泡沫分离技术目前存在的问题以及发展趋势。

关键词：泡沫分离技术；原理；表面活性剂；发展趋势
Abstract：the purpose of this article was to review the theory and equipment of foam fractionation,and also discussed the problem and development trend of foam fractionation.
Key Words:foam fractionation;theory;surfactant;tendency
1.引言
泡沫分离技术是一种新兴的分离与净化技术，广泛应用于工业领域中。

通常把凡是利用气体在溶液中鼓泡，以达到分离或浓缩的方法总称为泡沫分离技术Ⅲ。

作为分离对象的某溶质，可以是表面活性物质和洗涤剂，也可以是能与表面活性物质相结合的任何溶质，例如矿石颗粒、沉淀颗粒、阴离子、阳离子、染料、蛋白质、酶、病毒、细菌或某些有机物质。

在间歇塔式设备内部鼓泡时，该溶质可被选择性地吸附在自下而上的气泡表面，并在溶液主体上方形成泡沫层，将排出的泡沫消泡，可获得泡沫液(溶质的富集回收)；在连续操作时，液体从塔底排出，可以直接排放，也可以作为精制后的产品液。

2.分离原理
泡沫分离是根据表面吸附的原理，借助鼓泡使溶液中的表面活性物质聚集在气/液界面，随气泡上浮至溶液主体上方，形成泡沫层，将泡沫和液相主体分开，从而达到浓缩表面活性物质（在泡沫层），净化液相主体的目的。

从液相主体中浓缩分离的既可以是表面活性物质，也可以是能与表面活性物质相互亲和的任何溶质，比如金属阳离子、蛋白质、酶、染料等等。

另外，一些固体粒子（沉淀微粒或矿石小颗粒），也可以被表面活性物质吸附，从溶液中分离出来。

泡沫分离必须具备两个基本条件，首先，所需分离的溶质应该是表面活性物质，或者是可以和某些活性物质相络合的物质，它们都可以吸附在气/液界面上；其次，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。

因此，它的传质过程在鼓泡区中是在液相主体和气泡表面之间进行，在泡沫区中是在气泡表面和间隙液之间进行。

3.技术设备
在间歇泡沫分离操作系统中，泡沫连续从设备中输出，初始溶液中所含的发泡剂(通常为某种表面活性剂)逐渐耗尽。

设备的泡沫层中无料液引入，全塔近似为一个理论级。

在连续操作的泡沫分离设备中，料液连续进入泡沫分离塔中，同时，泡沫相和残留液相连续从塔内排出。

为提高分离塔的分离效率，目前常采用两种模型：提馏模型和精馏模型。

在提馏模型中，料液从泡沫相中加人，料液在到达塔底之前先通过泡沫相，实现部分分离。

在精馏模型中，通过将部分泡沫的破沫液回流到塔顶，从而提高分离程度。

很多学者对泡沫分离设备进行了局部的改进。

例如，杜建新，胡华等提出了一种新型的泡沫分离设备，即环流泡沫塔。

通过分析液相区的流体力学行为和实验，在理论和实践上都得到了较理想的结果。

环流泡沫塔的结构类似于传统的气升式环流反应器，不同之处在于：装有导流筒的液相区所占整塔高度的比例比较小，且塔的顶端有引出泡沫的结构。

与传统的用于泡沫分离的鼓泡塔相比，环流泡沫塔的最大优点在于：气泡随液体循环流动，气泡的平均停留时间比鼓泡塔中长。

环流泡沫塔的上述特点保证了泡沫分离过程气泡表面与液相间的充分接触和有效传质。

有关这种泡沫塔的流体力学行为和传质行为，还可继续加以考察，以发展高效的泡沫分离设备。

4．应用现状
（1）分离固体离子
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，使他们获得疏水性，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。

（2）分离溶液中的离子、分子，处理工业废水
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间的离子-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。

在对氰根离子进行分离时得出结论，泡沫分离不仅对具有表面活性的物质有效，对非表面活性的物质也是可以的，只要复合物是疏水的，因为泡沫存在双电层结构，其结构类似于胶体，复合物就会被静电力吸附在泡沫上。

溶液中溶质与表面活性剂亲水基团的亲和受溶剂水的水化作用及各种离子干扰竞争的影响，只有与表面活性剂有较强亲和能力的溶质才能被较好地分离。

（3）回收、浓缩蛋白质等表面活性物质
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。

（4）分离全细胞
用月桂酸、硬脂酰胺或辛胺作表面活性剂，对初始细胞浓度为7.2×108个/cm3大肠杆菌进行细胞分离，结果1min的时间能除去99%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。

（5）其它方面的应用
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水的各种表面活性物质。

20世纪泡沫浮选广泛应用于矿冶工业，但针对离子,分子，胶体及沉淀的泡沫吸附分离技术则是近30年中发展起来的一种新型分离技术。

5.泡沫分离技术的发展趋势
尽管泡沫分离技术具有很多优势，但是它也存在着一些不足之处，如表面活性物质大多是高分子化合物，消化量较大，有时也难以回收，泡沫塔内的反混严重的影响了分离的效率，溶液中的表面活性物质的浓度难以控制等。

随着现代工业的发展，泡沫分离技术在一种物质的分离往往需要集中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，食品，医药，污水处理等领域，用以达到更加广泛的使用领域。

6 .参考文献
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