泡沫分离技术.ppt

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1、泡沫分离技术主要内容概述1原理2设备及流程3应用4展望51.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。1.1泡沫分离的发展1.概述1.2定义泡沫分离（FoamSeparation）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1.3泡

2、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。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

3、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.原理泡沫分离是根据表面吸附原理，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。2.原理泡沫分离必须具备两个基本条件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。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。它的传质过程在鼓泡区中是在液相主体和气

4、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。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。2.原理（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。2.1表面化学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

5、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=Kcb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。2.原理2.2.1泡沫的形成泡沫是由被极薄的液膜所隔开的许多气泡组成的。泡沫的形成主要有两个方式：气体通过连续相-液体时，采用搅打或通过细孔鼓泡的方法被分散，形成泡沫。气体先以分

6、子或离子的形式溶解于溶体中，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。2.2泡沫本身的结构和特征2.原理气泡一旦在溶液中形成，溶液中的表面活性剂分子即在气泡表面形成如图所示的单分子层。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

7、；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。2.2.2影响气泡稳定性的因素3.设备及流程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

8、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