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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：

泡沫吸附分离技术

泡沫吸附分离技术

Jeong, G.-T..Ind.Eng.Chem.Res.2004, 43, 422-427
Feng, B.; Powder Technology 2019, 342, 486-490.
Hu, N.; Li, Y.; Yang, C.; Wu, Z.; Liu, W., J Hazard Mater 2019, 379, 120843.
泡沫分馏法脱除水中残留铬 水中镓的浮选分离
背景介绍一基本条件
泡沫分离必须具备的基本条件
1. 所需分离的溶质应该是表面活性物质或者是可以和某种活性物 质相络合的物质, 它们都可以吸附在气-液界面上
2. 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
➢ 传质过程的主体部分在鼓泡区中, 所以表面化学和泡沫本身 的结构和特征是泡沫分离的基础
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
3展 望
➢ 水处理 ➢ 金属浮选 ➢ 蛋白质分离 ➢ 反应器结构优化
研究进展一水处理
之前存在的问题: 泡沫不稳定 气液界面吸收效率低
添加二氧化硅纳米颗粒在吸收阶段有利于泡沫的稳定, 有利于气液界面的 传质, 提高了LAS的吸收效率, 在回收阶段提高回收效率, 降低成本
Hu, N.; Li, Y.; Yang, C.; Wu, Z.; Liu, W., J Hazard Matபைடு நூலகம்r 2019, 379, 120843.

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。

泡沫分离

泡沫分离

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。
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。
2016/12/26 3
二、泡沫分离的定义和分类
泡沫分离的定义
以泡沫作为分离介质，以组分之间的表面活性差异作为分 离依据，根据表面吸附的原理，利用通气鼓泡在液相中形成的
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。
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。

第七章泡沫与絮凝分离技术

第七章泡沫与絮凝分离技术

• 泡沫浮选: • a、矿物浮选:主要用于矿石等粒子的分离,自然界中的矿 物多以硫化物形式存在. 表面活性剂 鼓泡 表面吸附 富 集。 • b、微粒浮选:粒子直径在1um－1mm的微粒,如胶体、高 分子物质、矿物液等难以用通常的浮选法进行浮选分离: 担 体加入 吸附 浮选分离。 • c、沉淀浮选: 絮凝剂 沉淀 加入表面活性剂鼓泡 吸附 浮选。 • d、离子浮选与分子浮选:适用于分离非表面活性物质的分 子或离子：浮选捕集剂 与待分离组分形成难溶或不溶的 沉淀 泡沫分离。 • e、吸附胶体浮选: 胶体粒子（捕集剂） 吸附 • 鼓泡浮选分离。 •
7.2: 泡沫分离的基本原理
• 7.2.1:表面张力 • 表面张力:表面张力r可定义为将液体表面扩大1cm2时所 需做的功。r= dW/dA • W为功的单位，A为面积单位. • r与物质的性质、表面温度、压力和组成有关,对于一个纯 液体,r越大，即扩大其表面积时所要作的就越多，因此就 越难起泡。反之，r越小，液体就越容易起泡。因此表面 张力r亦即是表示在指定条件下液体单位面积的内能、焓、 自由焓、自由能。 • 7.2.2: 表面活性剂 • 某种液体,在温度、压力一定时,其表面张力也一定,在液 体中加入少量的其它物质,如果能使液体的表面张力下降的 话,这类物质就称为表面活性剂.
• 7.1.2:泡沫分离技术的分类 • 凡是利用泡沫进行分离的方法,都可统称为泡沫分离 法。泡沫分离一般又可分为泡沫分馏及泡沫浮选,前者 用于分离溶解的物质,由于其操作费用和设计等在许多 方面与精馏过程相似,所以叫泡沫分馏或泡沫精馏,但也 可以笼统地称为泡沫分离。后者主要用于分离难溶解 的物质(包括胶体和小颗粒物质)。
7.3:泡沫的形成过程及其性质
• 7.3.1:气泡的形成过程 • 泡沫是气体分散在液体中的多相非均匀体。 • 液体中泡沫的形成有两种方法: – 一种是将气体通过连续相－液体时采用搅拌或通过细孔 鼓泡的方法被分散而形成泡沫, – 第二方法是先将气体以分子或离子的形式溶解于液体中, 然后设法使这些溶解的气体从液体中析出而形成大量的 泡沫。例如啤酒或汽水中的泡沫就属于后一类。 用气体向水鼓泡时,能产生很多泡沫,但这此泡沫处于一种不稳 定状态,会很快消失,当水中存在有表面活性剂时,形成的泡沫 就比较稳定。 气体分散在溶液内部形成被液体包裹住的气泡,表面活性剂在 气泡表面作定向排列:

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？。

泡沫分离

泡沫分离

现代分离技术及应用第八章泡沫浮选分离技术Modern Separation Technology and Application 7-1第八章泡沫浮选分离技术本章目录第一节概述第二节泡沫分离法的分类第三节泡沫分离技术的基本原理第四节影响泡沫分离效率的因素第五节浮选装置与操作第六节分析中的浮选分离方法及应用现代分离技术及应用第八章泡沫浮选分离技术Modern Separation Technology and Application 7-2第一节概述定义：泡沫分离技术(Foam Separation)就是利用溶液中各组分表面活性之差进行分离、富集的一种技术。

溶液或悬浮液中的化学和生物组分或微粒，有的本身就是一种表面活性物质，如果是非表面活性物质，也可与外加的表面活性剂相结合而形成一种表面活性物质。

该物质具有一种富集于气-液界面的倾向性，其倾向性的大小，主要依赖于体系中各组分的(自然)表面活性的差或它们与表面活性剂结合能力之差。

泡沫分离技术不仅可作为金属或非金属离子、络合物、蛋白质、微生物和微粒子等物质的常量分离方法，而且还特别适用于这些物质的微量分离和富集。

在分析操作过程中，各种各样的化学混合物的分离是最困难的操作。

当溶液中组分浓度非常低时，要达到分离和回收完全是一种非常困难的事。

泡沫分离技术最成功之处，就是它能富集由于试液中分析组分浓度太稀，采用其他分离、富集方法不能成功富集的各种组分。

泡沫分离技术的有效富集浓度可达10-10 mol／L，甚至比溶剂萃取法更为有效。

由此可见，泡沫分离技术是作为一种有效的富集方法而发展起来的。

另一方面，泡沫分离技术可以控制工艺过程中的各种可变因素而取得最佳的分离效果。

泡沫分离一般是在室温下进行的，适用于对热敏感的各类化学和生物组分的分离与富集，尤其是对于环境保护、生命科学研究起着极为重要的作用。

泡沫分离(Foam Separation)义称泡沫吸附分离(Foam Adsorbent Separation)技术，早在1915 年就开始应用于矿物浮选，目前已成为选矿中最常用的方法。

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。

第7章泡沫分离资料

第7章泡沫分离资料

TSHY
泡沫分离过程
泡沫层
从底部通入 大量气泡
溶质吸附在 气泡上并随
之上升
问题：1 为什么溶质会选择性地吸附在气泡上？
2 如何最大限度达到富集效果？
两个前提： （1）必须向悬浮液中提供足够数量的微细气泡; （2）固体颗粒或液体颗粒必须具有疏水性或
使其具有疏水性从而附着于气泡表面。
以磷酸盐矿的浮选为例，磷酸盐矿是磷灰石（ Ca 5F(PO 4 )3 ） 和硅石（ SiO 2 ）的混合物。在选矿之前把矿石粉碎到一定 的细度并制成泥浆。加入溶解状态的表面活性剂脂肪胺。新 生的二氧化硅结晶表面很易水和而成硅酸，它能于脂肪胺成 盐，脂肪胺就定向在硅石细颗粒的界面上，于是包有脂肪胺 的硅石颗粒就搜索能于它本身结合的界面，气泡提供了这种 表面,硅石颗粒依靠着脂肪胺的作用于气泡结合，上升到液 面。与此相反，磷灰石颗粒因为没有这种结合而沉在底部。
它的最大优点是在低浓度下分离特别有效，因此特别适 用于溶液中的低浓度组分的分离回收，许多有价值的物质常 常以低浓度存在，而在低浓度下其它分离方法的分离系数往 往迅速下降。
TSHY
7.1.1 泡沫吸附技术的分类
TSHY
7.1.2 泡沫分离基本原理
1. 泡沫的形成
TSHY
7.1.2 泡沫分离基本原理
当颗粒完不被液体润湿， 180o 时，cos 0，G 2，GL 颗粒 与气泡吸附紧密，最易用泡沫分离法使之分离；
（2）表面活性剂在固体颗粒上的吸附
阳离子表面活性剂(在这里称其为捕集剂)常用来吸附固体颗粒，由 于阳离子表面活性剂的亲水基是阳离子，在水中带正电荷，而通常在 水介质中的固体表面带负电荷，所以阳离子表面活性剂很容易吸附在 固体表面上形成一层表面膜，使固体表面由带负电而呈现出的亲水性 转变为疏水性,而易于附着于气泡而上浮。

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

泡沫分离技术

泡沫分离技术
泡沫分离技术的应用
目录
一、环境领域 二、生物工程领域 三、轻工食品领域 四、泡沫分离技术的发展趋势水、鞣革 废水中分离和回收金属离子。最有价值的是 从照相、电镀和宝石的生产废水中回收有价 值的金属成分。
用泡沫分离技术可以有效去除废水溶液 中的Cu2+ 等离子 通过单因素比较法得到Cu2+的最佳 分离条件为：表面活性剂为十二烷基 硫酸钠（SDS），浓度为0.3CMC， 进气速度0.08m3/h，硫酸铜初始液浓 度为0.01g/L，装液量500mL，分离 时间10分钟，此时富集比为1.45，回 收率达45.5%。
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： 1.表面活性物质大多是高分子化合物； 2.消化量较大, 有时也难以回收； 3.泡沫塔内的返混严重影响分离的效率； 4.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几种分离方法才能 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。
糖液澄清
压榨得到的糖液，加入石灰以中和有机 酸并将部分金属离子沉淀后，鼓泡并加入 200~300ml/L的五氧化二磷与钙的作用形成 富集磷酸钙絮凝物的泡沫，加入絮凝剂聚苯 丙酰胺（PAN）6~mg/L，进行二次絮凝， 然后进行泡沫分离，这样去除杂质，得到较 纯净的糖液。
四、泡沫分离技术的发展趋势
二、生物工程领域
3、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。

第7章泡沫分离

第7章泡沫分离

TSHY
7.1.2 泡沫分离基本原理
1. 泡沫的形成
TSHY
7.1.2 泡沫分离基本原理
2. 泡沫的结构
两泡结构
三泡结构
四泡结构
7.1.2 基本原理
一类是无需加表面活性剂的泡沫分离；
另一类则是需加表面活性剂的泡沫分离。
在含有表面活性物质的溶液中通入惰性气体时，表面 活性物质就会在空气泡的表面上浓集并随气泡上浮到上部 液体表面，这样溶液中的表面活性物质就被分离出来。 对于需加表面活性剂的泡沫分离来说，当要求分离的 物质不具有表面活性时，加入能吸附它或能与它结合的表 面活性剂，使之生成具有表面活性的结合体，可以应用上 述方法把它从溶液中分离出来。
n vA d cA /d t kcA
通过实验，确定出等效反应速率常数k和等效反应 级数n
TSHY
离析流模型
3.0
R=0.98
2.5
△ C/△ t
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0 0 1 2 3 4 5 6
(C)/mg.L-1
泡沫分离法的优点是设备比较简单，可以连续进行且在常 温下即可操作。因此适用于热敏性及化学不稳定性物质的分 离。 它的最大优点是在低浓度下分离特别有效，因此特别适 用于溶液中的低浓度组分的分离回收，许多有价值的物质常 常以低浓度存在，而在低浓度下其它分离方法的分离系数往
往迅速下降。
TSHY
7.1.1 泡沫吸附技术的分类
总浓度大于表面活性剂的浓度时，在形成络合物时组分间就
有竞争，由于Cu的螯合生成常数比Cd大得多，因此在形成 络合物的竞争中，Cu占优势， Cu离子首先被选择性脱除 。
2.数学模型
(1)．表面吸附方程及鳌合平衡

泡沫分离技术综述论文

泡沫分离技术综述论文

泡沫浮选分离技术--曹肖烁摘要：综述了泡沫浮选技术的定义、分类以及原理，介绍了泡沫浮选分离技术中使用的试剂（捕收剂、起泡剂、活化剂、无机调整剂、有机调整剂）、浮选机械等因素对分离效果的影响，并介绍了泡沫浮选分离技术的应用，指出了泡沫浮选分离技术的发展前景。

一.泡沫浮选的定义与分类泡沫浮选是以气泡分离介质来浓集表面活性物质的一种新型分离技术，主要特点是利用气泡的气-液界面，分离被水润湿性不同的物料。

疏水的物料随气泡漂浮到水面上，形成含某种成分很高的泡沫层；而被水润湿的物料，沉于水中，因而可以把它们分开[1]。

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浮选分离技术，简称泡沫浮选技术。

根据被分离物质的不同，它可以分为两类：一类是本身具有表面活性物质的分离以及各种天然或合成表面活性剂的分离，例如医药生物工程中蛋白质、酶、病毒的分离；另一类是本身为非表面活性剂，但可以通过配合或其它方法使其具有表面活性，这类体系的分离被广泛地用于工业污水中各种金属离子如铜、锌、铁、汞、银等的分离回收。

根据被分离物质的溶解性，泡沫分离也可以分为不溶物的浮选和溶解物的浮选两大类。

矿物浮选在不溶物浮选中最重要，也是最成熟的。

表面活性剂在固体颗粒的表面形成半胶束单分子吸附层，且呈亲水基向里憎水基向外的状态，从而降低固体表面的润湿性，表现出疏水性吸附至气泡界面的倾向，使浮选得以进行。

离子浮选是溶解物浮选的一类。

其过程和前述过程十分相似，所不同的是表面活性剂并非吸附在被浮选物的表面。

气泡形成时气液界面有表面活性剂吸附层，被浮选的离子通过静电吸引被束缚在气泡的界面上而随气泡上升。

分子浮选是溶解物浮选的另一类别，是将少量溶解的分子如点白纸、醇等有机物从水中分离的过程。

被分离物被气泡气液界面表面活性剂半胶束单分子层增溶富集而随气泡上升，得以浮选[2]。

二.泡沫浮选的原理（一）润湿性与可浮性润湿性：浮选分离的重要特点是一部分亲水性的物料被水润湿浸入水中，而疏水性的物料则留在界面。

泡沫分离技术及其发展现状

泡沫分离技术及其发展现状

泡沫分离技术及其发展现状摘要：探讨了泡沫分离技术的原理、泡沫分离设备及泡沫分离技术的研究进展。

泡沫分离过程的性能受很多因素的影响，例如，进料液浓度、气泡尺寸、气体流量、泡沫的排液、进料位置、聚并、温度等。

阐述了现有的几种新技术，如低重力条件操作、通过压力梯度而提高分离效率。

此外，还简要介绍了泡沫分离塔中传质单元数和传质单元高度的概念。

关键词：泡沫分离；表面活性剂；吸附，分离因子；聚并泡沫分离技术(Foam Fractionation)，又称泡沫吸附分离技术(Adsorptive bubble separation technique)，是20世纪初发现的一种新型分离技术。

这种分离技术最初用于矿物的浮选，后来又被用于脱除废水中的表面活性物质(如表面活性剂、蛋白质、酶等)和洗涤剂；或提取可与表面活性剂络合或鳌合在一起的物质，如金属离子；也可作为一种浓缩过程，对含有表面活性剂的废水进行处理；在生化制品领域中，还可以通过泡沫分离技术进行病毒分离以及蛋白质、酶的提炼。

为统一泡沫分离的概念，1967年Karger、Grieves等人共同建议把泡沫分离技术方法按照图1分类图1 泡沫分离技术方法分类泡沫分离技术在工业中成功应用的实例很多，还有一些应用尚处在实验室研究阶段。

目前有关泡沫分离技术，很多学者从不同的角度对设计参数进行了深入的研究，以期提高各种泡沫分离技术及分离设备的效率，并希望将这一技术大规模、高效的应用于工业中。

在本文中，对泡沫分离技术的应用现状和设备进行了综述和分析。

1 泡沫分离技术的原理泡沫分离的过程是通过在液相底部通入某种气体或使用某种装置产生泡沫，收集泡沫就得到了某种产物的浓缩液。

泡沫分离技术是根据表面吸附原理，基于溶液中溶质(或颗粒)间表面活性的差异，表面活性强的物质优先吸附于分散相与连续相的界面处，通过鼓泡使溶质选择性的聚集在气——液界面并借助浮力上升至溶液主体上方形成泡沫层，从而分离、浓缩溶质或净化液相主体的过程。

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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。
目前, 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。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73.6%, 液相三七多糖收得率为 87.5%。
3.2 评价泡沫分离程度的指标
分配因子：Γ/X =
吸附溶质在表面的浓度 吸附溶质在主体溶液中的平衡浓度 原料中金属离子（其他组分）的浓度 它在残液中的浓度 泡沫分离中可 能达到的最大 分离程度 残液的脱除 程度
脱除率：脱除率 =
增浓比：增浓比 =
泡沫中被吸附物质的浓度 主体溶液的浓度 原料液的体积
塔顶产品的 增浓程度 一般希望泡 沫体积比尽 可能小
泡沫分离技术
主要内容
1 2 3 4 5 概述 原理 设备及流程 应用 展望
1.概述
1.1 泡沫分离的发展 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。
1.概述
1.3.2 泡沫分离
泡沫分离法 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。
4.应用
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 分离细胞 分离固体粒子 矿物浮选 分离溶液中的离子、分子 分离富集蛋白质体系 分离皂苷有效成分
4.应用
4.1 分离细胞
泡沫分离法可以从待分离基质中分离出全 细胞。用月桂酸、硬脂酰胺或辛胺作为表而活 性剂，对初始细胞浓度为7.2×108 cfu／cm3的 大肠杆菌进行细胞分离，结果lmin内能除去90 ％的细胞，用10min的时间能除去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。
4.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ用
4.5 分离富集蛋白质体系
通过近年的研究总结出有两大类蛋白质适 于泡沫分离, 分别是和质膜结合的蛋白质与抗 菌肽类, 这两类蛋白质的共同点是都有很强的 疏水性, 具备了吸附于气液界面的表面活性, 但有些蛋白质容易在吸附过程中变性并难于复 性, 如何保护易变性的蛋白质或使变性的蛋白 质复性是泡沫分离蛋白质技术急需解决的重要 问题。
3.3.1.4 温度的影响 升高液体温度，泡沫产生的数量将会增加，泡沫含 水率降低，富集比增大。
3.设备及流程
3.3.2 溶液体系性质的影响
3.3.2.1 进料浓度的影响 在进料浓度很低时，提高溶液浓度，溶液富集比增 大；但浓度升至一定程度时，再增加溶液浓度，残留溶 液浓度也增大，富集比就会降低，但回收率增加。 3.3.2.2 溶液pH值的影响 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。
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 形成泡沫层。 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。
2.原理
2.2.2 影响气泡稳定性的因素
组分的化学性质和浓度 一般来说，无机化合物水溶液中的泡沫稳定性比许多 醇、有机酸、碱或盐的水溶液的稳定性差。在临界胶束浓 度所形成的泡沫最稳定。 温度 泡沫的稳定性一般随温度上升而下降。这主要是由于 随着温度的上升，气泡内气体的压力增加，形成气泡的液 膜粘度下降。 气泡的大小 小的气泡具有较长的寿命。表面积大的膜稳定性比表 面积小的膜稳定性小。
4.应用
4.4 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。
采用环流泡沫塔和鼓泡塔两种设备进行对比实验。 当采用连续操作时，可使环流塔中的气液环流始终 处于最佳状态，能够得到良好的分离效果。 气体分布器上的气孔孔径越小，产生的泡沫也就越 小，泡沫含水量增加，降低了富集比，但产生的泡沫总 体积增大，扩大了表面活性剂的接触面积，提高了回收 率。因此，气体分布器的孔径越小，回收率越高。
3.设备及流程
3.3.2.3 溶液离子强度的影响 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。
3.3.2.4 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，太高使分离效率下降。
3.设备及流程
3.3.3 分离设备的影响
1.概述
1.2 定义 泡沫分离（Foam Separation）是以气 泡作分离介质来浓集表面活性物质的一种新 型分离技术。
可被分离的物质： 本身具有表面活性的物质，例如蛋白质、酶 本身为非表面活性剂,但它们具备和某一类型的表面活 性物质络合或螯合的能力,例如工业污水中的金属离子。
1.概述
4.应用
4.5 分离富集蛋白质体系
对于分离糖-蛋白质混合体系，与geveg溶剂萃取方 法相比, 该法操作简单, 处理量大,不需外加任何有机 溶剂。 目前能够利用泡沫分离技术成功分离出的蛋白质 有: 磷酸酶、链激酶、蛋白酶、血清白蛋白、溶菌酶、 胃蛋白酶、尿素酶、过氧化氢酶、明胶、大豆蛋白、 β- 酪蛋白、抗菌肽类等一系列蛋白质。
5.展望
5.1 主要优点
（1）设备比较简单，可以连续进行 （2）一般在冷态下操作，适用于热敏性及化学 不稳定性物质的分离 （3）在低浓度下分离特别有效，因此就特别适 用于溶液中低浓度组分分离回收 （4）能耗低。分离不涉及相变，对能量要求低， 与蒸馏、结晶和蒸发相比有较大的差异
体积比：体积比 =
泡沫液的体积
3.设备及流程
3.3 影响泡沫分离的因素
操作参数 溶 液 体 系 性 质
影响因素
分 离 设 备
3.设备及流程
3.3.1 操作参数
3.3.1.1 气流速度的影响 一般而言，增加气流速度可以缩短分离时间，降低 分离后溶液的浓度，提高回收率，但同时会增加泡沫中 液体的含量，降低富集比，所以应根据不同需要调节气 流速度。 根据不同的需要，选择适当的气速；要得到比较干 燥的泡沫相，可以在低气速下操作，若要得到液相中较 多的组分，可以进行高气速操作；还可以选择变气速操 作，即先低气速操作，后高气速操作，这样有助于分离 因子和回收率的提高。
2.原理
2.1 表面化学 （1）表面活性剂及其界面
特性 在水溶液中的溶解行为 是很快地聚集在水面, 使 空气和水的接触面减少,从 而使表面张力按比例急剧 下降。 超过临界胶束浓度后, 溶液表面张力不再降低。
2.原理
（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
4.3 矿物浮选
泡沫浮选最古老、最广泛的应用领域是矿物浮选。
浮选前处理：矿石 粉碎 加水 矿浆 加浮选剂 搅拌 通入空气 泡沫和矿浆
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。
Yun-Hwei Shen通过实验论证了从水溶液中分离TiO2的 可行性,在适当的操作条件下，TiO2回收率可达100%。