下载文档原格式
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。
泡沫行业的发展趋势
泡沫行业的发展趋势主要体现在以下几个方面：
1. 绿色环保：
随着全球对环境保护的重视，泡沫制品行业趋向于绿色环保方向。
在原材料的选择和生产过程中，注重减少对环境的影响，降低能耗和排放。
同时，推广循环利用和回收再生利用，减少资源的浪费和环境的负荷。
2. 创新应用：
泡沫制品不仅仅局限于保温和缓冲材料，还有更广泛的应用。
近年来，泡沫材料在建筑、交通运输、户外休闲等领域的创新应用不断涌现。
例如，在建筑领域中，泡沫材料被用作隔音、隔热、防潮、消防等方面；在交通运输领域，泡沫材料被用作车身材料、隔音降噪材料等。
3. 智能制造：
随着信息技术的快速发展，泡沫制品行业也借助智能制造的手段提高生产效率和产品质量。
通过自动化、数字化和智能化的生产设备，可以降低人工成本、提高生产精度和产品一致性，并实现产能的快速调整和灵活性。
4. 国际化发展：
泡沫制品行业在全球范围内呈现出国际化的发展趋势。
随着中国制造业的崛起和产能的增加，中国成为全球泡沫制品生产和出口的重要国家。
同时，国内泡沫制
品企业也积极拓展国际市场，加强与国际业界的合作与交流。
总的来说，泡沫行业的发展趋势是绿色环保、创新应用、智能制造和国际化发展。
随着人们对环保和高性能材料的需求不断增加，泡沫行业有望持续发展壮大。
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。
现代分离方法与技术--泡沫分离学院：化学与环境保护工程学院班级：化工1201班姓名：刘卢科学号：201231204071泡沫分离技术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。
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。
一、发展历程及原理泡沫分离技术是近十几年发展起来的新型分离技术之一。
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。
泡沫分离技术的研究开发工作已开展了近一个世纪，为统一泡沫分离的概念，1967 年Karger，Grieves[2]等人共同推荐并向IUPAC 提出一项建议，早在1915年就开始应用于矿物浮选，但是对离子、分子、胶体及沉淀的泡沫吸附分离是在20世纪50年代末才引起人们的兴趣与重视，并逐渐作为一种单元操作加以研究，首先是从溶液中回收金属离子的课题开始，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。
泡沫分离技术的研究进展及发展前景摘要: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。
介绍了泡沫分离在固体粒子、溶液中的离子分子、废水处理过程中的应用，指出泡沫分离技术目前存在的问题及发展方向。
关键词:泡沫分离，原理，应用The development situation and trend of foamfractionationFengXiaoshen 11yingyang 20110805141Separation of biological material engineeringAbstract:Discusses the research progress of principles, foam separation technology of foam separation equipment and foam separation technology. Properties of foam separation process is affected by many factors such as concentration of feed liquid, bubble size, gas flow rate, foam drainage, feed location, coalescence and temperature etc… Introduces the foam separation on solid particles in solution, ion molecule, wastewater treatment in the process of application, points out the existing problems and the development direction of foam separation technology at present.Key words:foam fractionation;theory;application泡沫分离是膜分离技术的一种,它是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,利用在溶液中的鼓泡来达到浓集物质目的的一种新型分离技术[1]。
20世纪早期泡沫分离技术已经应用于矿物浮选和处理废水中的表面活性剂,20世纪70年代以后此种技术得到了广泛的使用。
目前,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。
在食品工业及生化领域中,泡沫分离技术已被用于蛋白质、多糖及生物活性物质等的分离提取及浓缩过程[2]。
1 泡沫分离技术的原理泡沫分离技术是根据表面吸附的原理，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面和间隙液之间进行。
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[3]。
泡沫分离器的基本装置可由一个简单的气泡圆柱体表示(如图1):输入的废水被抽入塔中,气体经由扩散器注入,形成许多小气泡,气泡在上升过程中吸附聚集溶质,到达液面时形成泡沫,并携带溶质及少量溶剂,气泡不断产生并且上升,最后被迫进入泡沫收集器,待泡沫收集器装满后,剩余的泡沫由排管流出,而经处理的基液或干净溶液由出水管排出。
2 泡沫分离技术研究现状在国外,walling[4]等人较早就开始了金属离子的泡沫分离技术的研究。
Rubin和Johnson[5]等人通过对泡沫分离金属离子的研究表明:pH值是一个很重要的影响因素。
同时,离子强度可以改变表面活性剂的选择性。
Yun一HweiShen[6]在利用SDS、DPC从水中分离TIO2时发现,增加气流速度,能够增加泡沫体积,提高Ti02的回收率,尤其是利用SDS的效果要比DP C 效果好。
Shang一daHuan[7]在实验中以Fe(OH)3作为吸附絮凝剂,十二烷基硫酸钠作为浮选促集剂,通过胶体吸附浮选测试从铜氨溶液中去除铜的效率。
同时研究影响浮选结果的因素,例如溶液的pH值、氨水溶液的浓度、Fe(III)的剂量和絮凝剂中铜的密度。
他们认为浮选的最佳pH值是使絮凝物最终能最大吸附铜的那个pH值,即在此时有最大的去除效率。
M-M-Koutlemani[8]用内径为4一scm的浮选柱在pH为5的条件下回收水溶液中的co离子。
他们选用了三种表面活性剂:十二烷基硫酸钠、十六烷基毗吮氯化铰、十二烷基胺作为捕集剂,其中十二烷基硫酸钠的效率最高,然而这三种捕集剂都会产生含水泡沫,导致相当低的分离效果和回收率。
Moussavi[9]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。
Wingrattansopon[10]等以十二烷基硫酸钠、十六烷基氯化毗吮为起泡剂探讨泡沫分离tert一butylphenol,结果表明十二烷基硫酸钠最佳分离点在临界胶束浓度CMC附近,十六烷基氯化毗吮的最佳点略小于临界胶束浓度。
表面活性剂头基与醇轻基的作用为离子一偶极作用,醇类稳定阳离子表面活性剂的能力比稳定阴离子型的更强。
在国内,关于泡沫分离技术研究的报道还不是很多。
严希康、潘焕华[11]用泡沫分离法提取了庆大霉素,研究了溶液的pH值、表面活性剂的种类及浓度、气流速度等因素对分离过程的影响,并用正交实验找出其最佳条件。
陈树晖[12]等人采用十二烷基三甲基嗅化按作表面活性剂,提取电镀含金废液中的三价金离子。
清华大学刘志红[13]等人采用泡沫分离法浓缩和分离蛋白质,研究了蛋白质溶液体系性质对其表面张力和泡沫分离效果的影响。
结果表明,在接近蛋白质等电点处,溶液的表面张力最低,进行泡沫分离效果最佳。
管志远泛[14]等人用泡沫浮选技术对模拟含镍废水进行了处理,就pH值、絮凝剂浓度。
表面活性剂的流加速度、气量等对分离效果的影响规律进行了系统研究。
王绢[15]等研究了以十二烷胺醋酸盐泡沫吸附分离BF4,结果表明分离受CMC、气量和pH值的影响。
3 泡沫分离技术的应用3.1分离固体粒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[16]。
这种技术较为成熟，已经广泛应用于工业生产中。
3.2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[16]。
Yun一Hwei Shen[6]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%。
Moussavi[9]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。
3.3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60%，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[17]。
Nopparat[18]等认为，泡沫分离法对从水溶液中分离回收表面活性物质是非常有效的，在一定条件下，经过375min，90%的CPC可以回收；Momway[19]等在研究中发现，泡沫分离对β-乳球蛋白和牛血清蛋白具有很高的回收率，其中β-乳球蛋白回收率高达96%，牛血清蛋白收率83%。
3.4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90%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[17]。
4 泡沫分离技术的展望泡沫分离技术是一种新型的分离技术。
在化工,生化、医药、污水处理等领域,它的应用和发展前景都十分广阔。
因此,对泡沫分离技术分离效率的影响因素及其影响程度的研究就显得十分重要。
此外,分离设备的创新和改善对于泡沫分离技术的工业化应用也起到了重要作用。
为提高泡沫分离的效率,改善泡沫分离设备的性能,有关各种表面活性剂在气)液界面处发生分离的吸附机理以及吸附特性还有待于继续研究,尤其是吸附动力学、以及表面活性物质混合物的竞争吸附。
有关吸附动力学和流体力学行为,目前还没有统一的数学模型。
此外,由于吸附而引起的溶液粘度等物性的变化,也可能会影响到泡沫排液和泡沫稳定性。
聚并对分离效率有显著的作用,所有会影响聚并的因素也应加以研究。
单级、半间歇及连续操作的泡沫塔的分离能力已有较详细的论述,而多级逆流或错流模型还需进一步考察。
有效的泡沫分离和破沫模型的放大,对于多级泡沫塔的操作也是非常重要的。
参考文献：[1]高福成.食品分离重组工程技术[M]北京.中国轻工业出版社.1998[2]常志东，刘会州，陈家墉.泡沫分离的应用与发展.[J].化工进展.1999,(5):18-21.[3]邓修，吴俊生.化工分离进展[M]北京：科学出版社[4]Walling C W,Ruff E E,Thornton J L.Studies on the Separation Of Cadminum from by Foam Separation[J].Phys Chem.,1957(6l):486.[5]Rubin A J,Johnson J D,Lamb J parison of Variables in lon and PrecipitateFlotation[J].Eng.Chem.Process Des Dev,1996(5):368.[6]Yun一Hwei Shen.Colloidal titanium dioxide separation from water by foam flotation[J].Sep Sei Technol,1998,33(16):2623一2635.[7]Chien一shu Luo,Shang-la Huang.Removal of Copper from aqueous ammineCopper(II)Solution by foam flotation[J].Sep.Sci.tech.,1993,28(7):1395一1418.[8]Koutlemani M M,Mavrns P,Zouboulis A I.Recovery Of Co2+lons from Aqueous solutions by Forth Flotation[J].Sep Sci.Tech,1994,29(7):867一888.[9]Moussavi Mobsen.Separation of cyanioleions by foam fractionation[J]sep SciTeohnol.,1992,27(6):783一792.[10]Wingrattansopon Pukpong,Seamenorn John and Charedj sumecth etal.Biosrptive Flotation inMetal Ions Recovery[J].Separation Science and technology,1987,22(11):1523一1540.[11]严希康,潘涣华.用基于表面活性剂的分离方法提取庆大霉素I:泡沫分离法[J].中国抗生素杂志,1996,2l(4):256一259.[12]陈树晖,褚家瑛,江体乾.泡沫分离技术的实验研究—回收废液中的金[J].化工学报,1991(6):770一774[l3]刘志红,刘铮,丁富新用泡沫分离法浓缩和分离蛋白质I[J].清华大学学报,l997.37(l2)；50一54.[l4]管志远,丁爱民,沈宏,等.环流气浮分离技术在含晰(II)废水处理中的试验[J].高校化学工程学报,1998,l2(3):293一297.[l5]王绢,褚家瑛.泡沫塔吸附分离BF4一[J].北工学报,1994,45(3):380一384.[16] 常志东，姚宁，刘会洲，等，泡沫分离回收水中低浓度磷酸三丁酯[J] 化工冶金，1999，20（2）：125[17]严希康, 生化分离技术[M] 上海：华东理工大学出版社[18]Nopparat JF.Surfactant recover from water using foam fractionation[J].Sep SciTechnol,1996,31(9):1233[19]Hossain M,Fenton G.Concentration of proteins from single component solution using a semibatch foam process[J].Sep Sci Technol,1998,33(16):2623。
