第七章泡沫与絮凝分离技术课件.ppt

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1、第七章泡沫分离(foamingseparation)技术7.1:泡沫离技术的特点和分类7.1.1:泡沫分离技术的特点泡沫分离:泡沫分离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,利用气体在溶液中的鼓泡来达到浓集物质的一种新型分离技术。日常生活中用肥皂洗衣服,就是利用了肥皂泡沫对污垢的分离作用.污水处理、矿物浮选、金属特别是稀有金属的回收、原子能工业.食品工业等方面都具有应用意义。七十年代后,此种技术得到了广泛的研究和应用,对金属离子、蛋白质、酶、染料等的分离和浓缩都进行了应用研究。当待分离

2、的组分为表面活性物质时,利用惰性气体在溶液中鼓泡作用,形成泡沫,就可以把目标成分富集到泡沫表面上,将这些泡沫收集起来,消泡后即得到目标成分含量比原料液高的泡沫液。1957年发现溶液中的金属离子和某些表面活性剂络合后也能被吸附到气液界面上而得到浓集,这种表面活性剂叫做起泡剂。通过选择适当的起泡剂和操作条件,就可以将溶液中的ppm级浓度的贵金属和稀有金属分离出来。起泡剂和目标成分的络合现象的发现,扩大了泡沫分离技术的应用,使其能够应用于非表面活性成分的分离。泡沫分离技术具有三个特点:一是设备比较简单,能耗低,

3、因此投资低,而且操作和维修都方便。二是在常温或低温下操作,因此适用于热敏性和化学不稳定性成分的分离,如蛋白质和酶等。三是特别适用于低浓度组分的浓集和回收，这具有重要意义。因为许多有价值的成分常常以很低的浓度存在,在低浓度下很多分离方法的分离系数和分离效果都不理想。此种技术的不足之处是捕集剂难以回收,消耗量大,泡沫塔返混现象较严重,并且表面活性剂的浓度难以控制。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

4、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)。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

5、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/dAW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

6、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.如十二烷基磺酸钠、就是常见到的一种阴离子型表面活性剂,其分子结构如图所示,表面活性剂由亲油基和亲水基两部分组成,在溶液中亲水基指向水中,而亲油基伸向气相,形成如图所示的分子排列,使空气和水的接触面减少,从而使液体的表面张力急剧下降。如果溶液中含有气泡,则表面活性剂会以图的形式吸附在气泡表面上。当表面活性剂的浓度超过一定值后,多余的表面活性分子就在溶液内以分子状态的聚集体－胶束的形式存在

7、于主体溶液中。（与液膜，微胶团的区别？〕硬脂酸（hardfattyacid)泡沫分离主要是利用表面活性成分与气体所形成的泡沫，在气一液界面上所产生的选择性吸附,使表面活性物质或者经与表面活性剂结合后的物质被吸附到气泡的表面上,形成了较稳定的、富集了目标成分的泡沫层。再经过消泡后,将气体分离,目标成分便在泡沫液中得到富集而实现了分离过程。在整个泡沫分离过程中，有两个主要的传质过程,一个是在鼓泡区内,传质是在主体溶液与气泡界面进行,二是在泡沫区内,传质是气泡表面与气泡间隙之间进行。7.2.3:表面过剩与Gib

8、bs数学表达式表面过剩：当和两种不完全相混的液体接触时，交界处并非是一个界限分明的几何表面，而是一个界限不很清楚的薄层。在此薄层中，成分及性质在纵向上都是不均匀的。此薄层即为表面相，如图所示。在和相中取二平行平面A与B，在相中取一与A，B平行的平面S，以V和V代表自体相内部直到S面的两相的体积。如果在V和V内体系是均匀的，则整个体系的摩尔数ni将是：ciV+ciV，式中ci和ci分别代表i组分在