第六章 泡沫分离法.pptVIP

* * 第六章 泡沫分离法 （Foam Separation） 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。 泡沫分离技术（泡沫吸附分离技术） 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。 6.1 泡沫分离法的分类 无泡沫吸附分离 泡沫分离 泡沫吸附分离 泡 沫 分 馏 泡 沫 浮 选 鼓 泡 分 馏 溶 媒 浮 选 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) 泡沫分离 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。 无泡沫分离是指用鼓泡进行分离，但不一定形成泡沫层，可分鼓泡分馏和溶媒浮选。 鼓泡分馏是从它设备底部通气鼓泡，表面活性物质被气泡富集并上升至塔顶，和液相主体分离，使溶质得到浓缩，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。 无泡沫分离 6.2 泡沫分离技术的基本原理 泡沫分离过程是利用待分离物质本身具有表面活性或能与表面活性剂结合在一起，在鼓泡塔中被吸附在气泡表面，得以富集，籍气泡上升带出溶剂主体，达到净化主体液、浓缩待分离物质的目的。 泡沫分离作用主要取决于组分在气－液界面上吸附的选择性和程度，本质是各种物质在溶液中的表面活性的差异。 当一种非离子型表面活性剂以非常低的浓度溶解于纯溶剂中时，根据Gibbs等温吸附方程，可得 （6－1） Г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（Г/c为吸附分配因子）；σ为溶液的表面张力，c为溶质在主体溶液中的平衡浓度。 一. Gibbs等温吸附方程 如果溶液中含离子型表面活性剂，则(6-1)式可修正为 （6－2） n为与离子型表面活性剂类型有关的常数：对完全解离型电解质，n＝2；在电解质溶液中还添加过量无机盐时，n＝1。 在低浓度时，Г随溶液中表面活性剂浓度的增大而线性增大； 当表面活性剂的浓度高于CMC时，多余的表面活性剂开始在溶液内部形成胶束，这时Г便不随表面活性剂浓度的增大而变化。 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。 泡沫是由被极薄的液膜所隔开的许多气泡所组成的。 二．泡沫的形成与性质 1．泡沫的形成和组成部分 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包裹的气泡，与此瞬时，溶液中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。 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。 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。 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。 泡沫层排液是泡沫中液体的流体学行为，它是研究泡沫塔特性、气液表面吸附机理以及泡沫分离塔设计的基础。 6.3 泡沫分离的操作方式及其影响因素 一. 泡沫分离的操作方式 泡沫分离的操作有两个基本过程： 1）待分离的溶质被吸附到气液界面； 2）对被泡沫吸附的物质进行收集并破坏泡沫，将溶质提取出来。 主要设备为泡沫塔和破沫器。 泡沫分离流程可分为间歇式、连续式两类 气体从塔底连续鼓入，形成的泡沫