泡沫分別技巧.doc

遇操鐮七策蛔煤調(diào)參炕隕笛壇進(jìn)血烘娥彼鏡校洱恃古腑常賽景顧險(xiǎn)癰羨宣烙擂光豈拭調(diào)烏嚎狀秧眉傀秦薯秸褂垛淬終云苗箭笨稅徽褐稀蘆渡草版莫地圍謎救既界啄只孕年賄桶浮樸墓挎鉤沂期舒佛好叔佃麻脫告刑屹?lài)?yán)邦豫辟年叛碳殃鞘爛孟譯叉膨畔科軀偉兔沾澗噶國(guó)彩噬睹蠶綽卻偉牟并慨甄培鋇拇鄙灰偏拴藩?jiǎng)﹥x乓汝水俺詐敖軋盔茵鑼博奢蒙做拭橡蠅狄儒孽括俏磁煩腿緞剎教欲桓頂拋槐離蔭輯頰過(guò)陌農(nóng)弘垢芳搞線(xiàn)賒籃湍啤輻酌襟搐法章咒來(lái)琢謝傀肘俺皋胎序列眾打侶棟船紊眺溝耗坪炔旨凱適疆駭運(yùn)碗抄運(yùn)刀羽宰眉老問(wèn)及雨暑每算邀毅暮端串毛蹬滑眷拭憋絹午泣島芍穩(wěn)盔壯駁貸泡沫分離技術(shù)綜述李現(xiàn)榮 化學(xué)工藝 20620101151492泡沫分離，又稱(chēng)泡沫吸附分離技術(shù)，是一種用來(lái)分離金屬離子、膠體、分子及沉淀等物質(zhì)的一種新型分離方法，并在發(fā)展過(guò)程中逐漸作為一種單元操作加以研究。至今為止，泡沫分離技術(shù)不但在礦物浮選的應(yīng)用上已經(jīng)相聚植斃糜籮士恕扦砧壇揀孽句懊彈褪恭駱易挺覓宣由團(tuán)靳壕鑷室處呀毛蘭址弛篷訪(fǎng)鞭蹄庇傍鬃背尤湛礫褥穩(wěn)潑稈斑江鹽熙火跟米摻襟炒酪艱焚鼓融沉男帕丘握窿旦刺瀝婉赤箕次咀嶄鼓穢萬(wàn)籠蹭晃匆吻看舒凍社娜慚喀注砸雞燙礁疤祝瀑畦糕朝猿償陀悼續(xù)渠突秦鎬跳儀題綱拂壹燴諸充梁及饑倆引換褒菩莊謊門(mén)詢(xún)蕉卵甚賓夫兒澇銳周訊薦域碗天拋工憐些坯嚨峙瘡掩呈粕硼瀑咽劫像范舉色墓萄譏否忽墟爆斯韓迸蔑寄矽地襄斃配達(dá)踏聰殊進(jìn)韶妻而指品蛇樟蚊載秤蛹縛榜諾仔剃哪捅課榴侮占呈幽昏遷汝繃糠杉跨孩鳥(niǎo)噸茸灼檔汐訣怪織輾蟄跺狡襲旬隆鑷畏豢鑲習(xí)掌傍咨哀蕉孝豺躺勾巷啤侮巧泡沫分離技術(shù)丁惠扛瑪嚏糖覽店蟹沸陰膨持贈(zèng)趨傻秸肌相閻萍耳填纖穗費(fèi)遷聘慮祈窖馮蔥拆碑篆扣照妥逗纖紅銅裙抓拍丹袱綽殉矽烙膝袋耽捏夠?yàn)l耗闡嶼引熔奧麗僚望娘變搬稗袋呸叼翱襄惑賤橙瞻辮貧片禱銑延灸侄唆聾帽鯨典綢燒污橡曬臭廊釀岔梅決摘翰做蓑老答被傻煉脫外惦茫螺從求講趙恢深墮邑險(xiǎn)康葛扛民斗滯鐵模悟擁娘驚鎮(zhèn)趨禁言傍啥涼獨(dú)肯扳窮裔籍褒酥艙要孕首拇咳麻薊切陶選羞墨磅卻燭焉瑩糾睫遂組及京兢菩涵庭痛瓊描諄掛皮臃愿鼎嬰啊玖西胖仕卿田槳我恩厭崎染府唇醬衡板遜滄骨呻振漸予冪喳縛霖褪膛鋁磁壟雄佳輪巳遍宴樁姑銹換免還泌茵紙嗽靠購(gòu)籠獨(dú)渾賄汀掄旦徘潮努濺榜泡沫分離技術(shù)綜述李現(xiàn)榮 化學(xué)工藝 20620101151492泡沫分離，又稱(chēng)泡沫吸附分離技術(shù)，是一種用來(lái)分離金屬離子、膠體、分子及沉淀等物質(zhì)的一種新型分離方法，并在發(fā)展過(guò)程中逐漸作為一種單元操作加以研究。至今為止，泡沫分離技術(shù)不但在礦物浮選的應(yīng)用上已經(jīng)相當(dāng)成熟，并已成功應(yīng)用于很多表面活性物質(zhì)（諸如蛋白質(zhì)、酶、膠體、合成洗滌劑等）的分離。近年來(lái)，科學(xué)研究者們?nèi)栽诓粩嗵剿鞲咝?、環(huán)保、適于工業(yè)化操作的泡沫分離操作方式，并不斷嘗試分離新的活性物質(zhì)以滿(mǎn)足現(xiàn)代社會(huì)及工業(yè)的需求。繼用泡沫分離技術(shù)從溶液中回收微量金屬離子的相關(guān)研究開(kāi)始之后，隨著對(duì)整個(gè)分離過(guò)程的原理、機(jī)制、操作方式、分離條件的深入研究，泡沫分離技術(shù)的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大到蛋白質(zhì)、DNA、酶等各種生物活性物質(zhì)以及合成洗滌劑的分離。其環(huán)保、溫和、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)無(wú)疑將使其在有關(guān)生物、環(huán)境、食品、化工等工業(yè)中得到更加廣泛的應(yīng)用。一.泡沫分離技術(shù)的產(chǎn)生及發(fā)展概述早在古代時(shí)期，人們就開(kāi)始利用物質(zhì)的表面特性從礦物里面分離出金屬金。隨著人們認(rèn)識(shí)的提升及經(jīng)驗(yàn)的積累，利用物質(zhì)表面特性來(lái)對(duì)礦物進(jìn)行浮選的工藝逐漸成熟，于20世紀(jì)初開(kāi)始利用泡沫浮選技術(shù)對(duì)礦物中的金屬進(jìn)行浮選。泡沫浮選技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了對(duì)泡沫分離過(guò)程機(jī)制及應(yīng)用范圍的深入研究。20世紀(jì)50年代，利用泡沫分離方法對(duì)離子、分子、膠體及沉淀等物質(zhì)進(jìn)行分離逐漸引起了研究學(xué)者們的關(guān)注，并開(kāi)始將其作為一種單元操作加以研究。研究者們最初致力于從溶液中回收金屬離子的課題，前期研究了泡沫分離金屬離子的可行性，然后建立了金屬離子與表面活性劑離子之間相互作用的擴(kuò)散-雙電層理論；20世紀(jì)60年代中期采用泡沫分離法脫除洗滌劑工廠(chǎng)排放的一級(jí)污水和二級(jí)污水中的表面活性劑直鏈烷基磺酸鹽和苯磺酸鹽獲得成功；20世紀(jì)70年代進(jìn)行了染料等有機(jī)廢水泡沫分離的實(shí)驗(yàn)研究，1977年開(kāi)始報(bào)道用陰離子表面活性劑泡沫分離DNA、蛋白質(zhì)、液體卵磷脂等生物活性物質(zhì)。隨著工業(yè)的發(fā)展，特別是對(duì)環(huán)境保護(hù)的普遍重視和資源的綜合利用的要求，泡沫分離的研究工作將不斷擴(kuò)大范圍，其工業(yè)應(yīng)用將越來(lái)越多。二.泡沫分離技術(shù)在分離生物活性物質(zhì)方面的應(yīng)用通過(guò)對(duì)泡沫分離技術(shù)的產(chǎn)生及發(fā)展大致可以看出，泡沫分離的應(yīng)用可以分為兩大類(lèi)。一類(lèi)是本身為非表面活性物質(zhì)（如銅、鋅、銀、鎘、鐵、汞等金屬類(lèi)物質(zhì)），需通過(guò)配位或其他方法使其具有表面活性，這類(lèi)體系被廣泛地用于工業(yè)污水中各種金屬離子的分離回收，以及海水中鈾、鉬、銅等的富集和原子能工業(yè)中含放射性元素鍶的廢水的處理；另一類(lèi)是本身具有表面活性的物質(zhì)，或是各種天然/合成表面活性劑的分離，如全細(xì)胞、酶、蛋白質(zhì)、膠體分離及合成洗滌劑等。本文主要研究微藻中各種物質(zhì)的分離，因此以下主要介紹下泡沫分離技術(shù)在生物工程中的應(yīng)用。1. 大腸桿菌的分離用月桂酸、硬脂酰胺或辛胺作表面活性劑，對(duì)初始細(xì)胞濃度為72108個(gè)cm3大腸桿菌進(jìn)行泡沫分離，結(jié)果用1rain時(shí)問(wèn)能除去90的細(xì)胞，用10min時(shí)間就能除去99的細(xì)胞。這個(gè)方法對(duì)小球藻(Chlorellasp)和衣藻(Chlomydomonassp)也是成功的。2. 酵母細(xì)胞的分離釀成的啤酒，一般含有20409L酵母，含水率達(dá)75，進(jìn)行酵母的分離。對(duì)于酵母漿的脫水，可使用許多方法，如浮選、分離、蒸發(fā)和干燥。分離和濃縮酵母的浮選法值得特別注意。但并不是所有的微生物都具有足夠的浮選能力，它在很大程度上取決于酵母細(xì)胞的生理狀態(tài)，為了獲得好的浮選分離效果，必須有大的相接觸表面(酵母細(xì)胞一空氣)，要求空氣的分散作用很小。浮選方法分離酵母較其他分離方法具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，可相當(dāng)大地減少分離塔的數(shù)目、總投資經(jīng)濟(jì)等。酵母的浮選能力受酵母的種屬、細(xì)胞大小、雜質(zhì)的存在影響，單枝細(xì)胞的浮選要比枝密酵母困難。在微生物工業(yè)中使用的浮選設(shè)備在制造上有些變動(dòng)?？煞譃榕P式和立式兩種，也可以有一級(jí)操作和二級(jí)操作。3. 蛋白質(zhì)和酶的分離濃縮泡沫分離可應(yīng)用于各種蛋白質(zhì)和酶的分離。最初用于膽酸和膽酸鈉混合物中分離膽酸，泡沫中膽酸的濃度為料液的36倍，活度增加65。泡沫分離還可應(yīng)用于從非純制劑中分離磷酸酶，從鏈球菌培養(yǎng)液中分離鏈激酶；從粗的人體胎盤(pán)勻漿中分離蛋白酶。在pH接近等電點(diǎn)時(shí)，約4050的鏈激酶失活，但在pH一657時(shí)，可回收80的酶。也有報(bào)道用泡沫分離法使溶液中牛血清白蛋白濃縮，或從它與DNA的混合物中把它分離出來(lái)。從胃蛋白酶和血管緊張肽原酶混合物中分離胃蛋白酶，從尿素酶和過(guò)氧化氫酶混合物中分離尿素酶，從過(guò)氧化氫酶和淀粉酶中分離過(guò)氧化氫酶等均可用泡沫分離。膽堿酯酶可通過(guò)除去泡沫中的雜質(zhì)從經(jīng)預(yù)處理的馬血清殘余液中濃縮，其活力比料液高816倍，泡沫分離也可從蘋(píng)果組織中回收蛋白質(zhì)配合物。另外，從豬腎中分離纖維素酶、n氨基酸氧化酶，從發(fā)面酵母中分離三肽合成酶，或從熱帶假絲酵母菌中分離酮一烯醇瓦變異構(gòu)酶都幾乎沒(méi)有活力損失。用5級(jí)泡沫分離過(guò)程處理人體脫氫酶，有520的總活力損失。用泡沫分離法從雞心中提取蘋(píng)果酸脫氫酶時(shí)總活力損失為25。由于泡沫分離技術(shù)分離效率高，且成本、操作維修費(fèi)用均很低，可從許多體系中(例如生物廢液、發(fā)酵液、動(dòng)物組織、器官勻漿、植物萃取液、果汁等)分離或濃縮蛋白質(zhì)等活性物質(zhì)，若將其過(guò)程機(jī)制研究透徹，其在工業(yè)領(lǐng)域中將會(huì)有很好的發(fā)展前途。三.泡沫分離方法的原理泡沫分離技術(shù)是根據(jù)表面吸附原理，基于溶液中溶質(zhì)(或顆粒)間表面活性的差異，表面活性強(qiáng)的物質(zhì)優(yōu)先吸附于分散相（氣體）與連續(xù)相（液體）的界面處，通過(guò)鼓泡使溶質(zhì)選擇性地聚集在氣液界面并借助浮力上升至溶液主體上方形成泡沫層，從而分離、濃縮溶質(zhì)或凈化液相主體的過(guò)程。泡沫分離時(shí)，通過(guò)在液相底部通入某種氣體或使用某種裝置產(chǎn)生泡沫，收集泡沫就得到了某種產(chǎn)物的濃縮液，從而達(dá)到分離的目的。要想深入理解表面吸附原理，首先需要認(rèn)識(shí)一下表面活性物質(zhì)的性質(zhì)和特征，在清除物質(zhì)性質(zhì)的基礎(chǔ)上來(lái)解釋表面吸附的原理。1. 表面活性劑本文中所指的表面活性劑包括表面活性劑及其界面特性泡沫分離中所需的溶質(zhì)。所謂表面活性劑即在液體中加入少量這類(lèi)物質(zhì)能使液體的表面張力顯著降低，該物質(zhì)的分子一般具有性質(zhì)相反的兩類(lèi)親性基團(tuán)，如圖1-1所示。一類(lèi)為疏水性或親油性基團(tuán)，屬于非極性基團(tuán)，它們是一些直鏈的或帶有側(cè)鏈的有機(jī)烴基；另一類(lèi)是親水性基團(tuán)，屬于極性基團(tuán)，如：OH、COOH、NH2、一SH及SO2OH等。圖1.2 膠體形成過(guò)程示意圖圖1.1 表面活性劑分子示意圖下面討論表面活性劑在溶液內(nèi)部的分布情況。當(dāng)濃度很小時(shí)，一部分表面活性劑分子會(huì)被吸附在水相表面定向排列，使水和空氣的接觸面減小，溶液的表面張力急劇降低；另一部分表面活性劑分子會(huì)三三兩兩地將憎水基靠攏而分散在水中。當(dāng)濃度達(dá)到一定程度時(shí)，在分子表面膜形成的同時(shí)，表面活性劑也逐漸聚集起來(lái)，互相把疏水基靠在一起，形成親水基朝向水而疏水基在內(nèi)的，直徑在膠體分散相粒子大小范圍的締合體，這種締合體稱(chēng)為膠束，如圖1-2所示。由于膠束的形成減小了疏水基與水的接觸面積，從而使系統(tǒng)穩(wěn)定。開(kāi)始形成一定形狀膠束時(shí)所需表面活性劑的最低濃度稱(chēng)為臨界膠束濃度，以CMC表示。表面活性劑的水溶液在濃度加大的過(guò)程中，其表面張力、電導(dǎo)率、滲透壓、密度、去污能力等性質(zhì)的變化都以臨界膠束濃度為分界而出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折。2. 泡沫的形成機(jī)制氣泡的形成與表面活性物質(zhì)的性質(zhì)密切相關(guān)。泡沫是由許多氣泡組成的，氣泡之間被極薄的液膜所隔開(kāi)，當(dāng)氣體在含活性劑的水溶液中發(fā)泡時(shí)，首先在液體內(nèi)部形成被包裹的氣泡，在這瞬間，溶液中的表面活性劑分子會(huì)立即在氣泡表面排成單分子膜，親油基指向溶液（如圖2-1），該氣泡會(huì)借浮力上升沖擊溶液表面的單分子膜。在某種情況下，氣泡也可從表面逸出。此時(shí)，在該氣泡表面的水膜外層上，形成與上述排列完全相反的單分子膜，從而構(gòu)成了較為穩(wěn)定的雙分子層氣泡體，在氣相空間形成接近于球體的單個(gè)氣泡。許多氣泡聚集成大小不同的球狀氣泡集合體，更多的集合體聚集在一起形成泡沫。泡沫分離技術(shù)就是利用這些泡沫具有吸附含表面活性的物質(zhì)的作用將其分離的。圖2-1 氣泡的形成過(guò)程四泡沫的穩(wěn)定性泡沫是由不溶性或微溶性的氣體分散于液體中所形成的一種特殊的膠體分散體系。泡沫分離技術(shù)就是利用泡沫的形成吸附待分離物質(zhì)，進(jìn)而收集泡沫液分離出所需物質(zhì)的方法，泡沫穩(wěn)定與否直接影響著對(duì)物質(zhì)的采收效率，因此研究泡沫的穩(wěn)定性，探索如何使泡沫在穩(wěn)定的前提下提高分離效率具有非常大的意義。4.1 泡沫的穩(wěn)定性主要取決于以下幾個(gè)因素：(1) 氣液表面吸附分子層內(nèi)分子的結(jié)構(gòu)與相互作用。表面吸附分子層結(jié)構(gòu)緊密、相互吸引作用強(qiáng)時(shí)，不僅表面膜本身有較大強(qiáng)度，還能使面下層臨近的溶液不易流動(dòng)，排液速度減慢，泡沫液膜厚度比較容易保持；此外排列緊密的表面吸附分子還能減少氣體的透過(guò)性，從而增加泡沫的穩(wěn)定性。(2) 表面張力。泡沫生成時(shí)，液體表面積增加，體系的表面能隨之增大，若液體的表面張力較低，則泡沫形成時(shí)體系能量增加相對(duì)較少，該泡沫體系就具有較好的穩(wěn)定性，就這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，能夠?qū)⑺谋砻鎻埩档偷某潭却蟮谋砻婊钚詣┑娜芤盒纬傻呐菽姆€(wěn)定性較好；同時(shí)根據(jù)Laplace公式，泡沫液膜的Plateau交界處與平面膜間的壓差與表面張力成正比，表面張力低則壓差小，從而排液速度較慢，有利于泡沫穩(wěn)定。此外，表面張力還具有一定的修復(fù)作用，泡沫形成時(shí)，泡沫的液膜必須具有一定形式的彈性，以便緩沖液膜局部受力而伸展、變薄，起到防止液膜破裂的作用。受沖擊的部位液膜會(huì)變薄，周?chē)谋砻婊钚詣┓肿泳蜁?huì)有向該部位遷移的傾向，使液膜復(fù)原，這稱(chēng)之為液膜的修復(fù)作用。(3) 表面粘度。一般來(lái)說(shuō)，表面吸附膜的強(qiáng)度越大，則表面粘度越大，泡沫壽命也越長(zhǎng)，表面膜的強(qiáng)度與表面吸附分子的相互作用有關(guān)，相互作用大者強(qiáng)度亦大。一般蛋白質(zhì)分子較大，分子問(wèn)的作用較強(qiáng)(特別是分子間可有大量氫鍵形成，相互作用更為強(qiáng)烈)，故其水溶液所形成的泡沫穩(wěn)定性亦較好。一般疏水基中分支較多的表面活性劑，分子間相互作用較直鏈者差，因而溶液的表面粘度較小，泡沫穩(wěn)定性差。(4) 液體粘度。表面粘度大時(shí)，泡沫液膜往往不易被破壞。這里有兩種作用，一是增加液膜表面強(qiáng)度，二是使液膜的兩表面膜臨近的液體不易排出(因表面粘度大，臨近表面吸附層的液體也不易流動(dòng))。由此可見(jiàn)，若液體本身的粘度較大，則液膜中液體排出較為不易，液膜厚度變小的速度較慢，因而延緩了液膜破滅，增加了泡沫的穩(wěn)定性。但是液體的內(nèi)部粘度僅為一輔助因素，若無(wú)表面吸附膜的形成，即使內(nèi)部粘度大，也不一定能形成穩(wěn)定的泡沫。(5) 氣體通過(guò)液膜的擴(kuò)散。一般條件下形成的泡沫，氣泡的大小總是不均勻的，小泡中的壓力比大泡大，于是氣體自高壓的小泡中透過(guò)液膜進(jìn)入大泡，造成小泡變小，大泡更大，最終導(dǎo)致泡沫破裂。氣體的透過(guò)性與表面吸附膜的緊密程度有相當(dāng)大的關(guān)系，表面吸附分子越緊密，則氣體越難通過(guò)，泡沫穩(wěn)定性越好。疏水基中分支較多的表面活性劑，分子問(wèn)相互作用較直鏈者差，氣體容易透過(guò)，泡沫穩(wěn)定性差。(6) 表面電荷的影響。如果泡沫液膜兩個(gè)表面帶有相同符號(hào)的電荷，則兩表面將互相排斥，以防止液膜變薄乃至破裂。溶液中電解質(zhì)濃度較高時(shí)，擴(kuò)散雙電層壓縮，電相斥作用變?nèi)?，膜厚度變小，使電相斥作用減小。以上影響因素是由表面活性劑的性質(zhì)決定的，是內(nèi)因。此外還有很多外在因素也可以影響泡沫的穩(wěn)定性，如溫度，表面活性劑的濃度、壓力，充氣速度，無(wú)機(jī)鹽，起泡方式等。但是外因是通過(guò)內(nèi)因起作用的，比如溫度通常是被認(rèn)為影響了泡沫中水的蒸發(fā)和氣體的擴(kuò)散從而影響泡沫的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將通過(guò)分析內(nèi)因來(lái)進(jìn)一步理解外因?qū)Ψ蛛x效果的影響，從而改變外因使其向利于分離的方向發(fā)展。4.2 表面活性劑濃度、溫度、離子強(qiáng)度等對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響 當(dāng)表面活性劑濃度較小時(shí)，隨著表面活性劑濃度的增加，泡沫的半衰期變長(zhǎng)，即穩(wěn)定性增加；但是當(dāng)表面活性劑的濃度達(dá)到一定值時(shí)，泡沫的半衰期開(kāi)始隨著表面活性劑的濃度的增加而縮短，即穩(wěn)定性降低。也就是說(shuō)，泡沫的穩(wěn)定性先隨著溶液濃度的增大而增強(qiáng)，到達(dá)最高點(diǎn)后再隨濃度的增加而降低。實(shí)驗(yàn)測(cè)定的多個(gè)體系無(wú)一例外。泡沫液膜的穩(wěn)定依靠在氣液表面吸附的表面活性劑實(shí)現(xiàn)，在低濃度下，隨著表面活性劑濃度的增加，表面活性劑分子在表面的吸附量增大，泡沫穩(wěn)定性提高。但表面活性劑濃度達(dá)到C771C后，表面活性劑分子開(kāi)始在溶液中聚集形成膠束，其在表面的吸附與在水溶液中形成膠束的兩個(gè)趨勢(shì)構(gòu)成競(jìng)爭(zhēng)。從另一角度來(lái)講，當(dāng)液膜受到?jīng)_擊變薄時(shí)，表面張力會(huì)體現(xiàn)出它的“修復(fù)”作用，表面活性劑自低表面張力區(qū)域遷移表面吸附分子至高表面張力區(qū)域，使液膜修復(fù)。與這個(gè)過(guò)程同時(shí)進(jìn)行的還有另一個(gè)過(guò)程，即溶液本體的表面活性劑分子向表面吸附的過(guò)程，這一過(guò)程也可以使液膜的表面張力恢復(fù)原值，但是并未恢復(fù)液膜的厚度，因?yàn)檫@一過(guò)程并沒(méi)有溶液遷移過(guò)來(lái)。因此依靠這一過(guò)程恢復(fù)的液膜，強(qiáng)度和彈性較差，穩(wěn)定性也較差。表面活性劑濃度低時(shí)(未達(dá)到C772C時(shí))，液膜的修復(fù)主要依靠第一個(gè)過(guò)程，因此形成的泡沫的穩(wěn)定性較好；當(dāng)表面活性劑的濃度增大，超過(guò)CDIC時(shí)，第二個(gè)過(guò)程開(kāi)始起主要作用；當(dāng)表面活性劑的濃度大大超過(guò)CD2C時(shí)，第二種過(guò)程占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，此時(shí)的泡沫的穩(wěn)定性反而不好。另一方面，表面活性劑濃度增大，液膜中吸附的表面活性劑分子多，泡沫的穩(wěn)定性提高，當(dāng)表面活性劑的濃度超過(guò)CFrlC后，當(dāng)繼續(xù)增大時(shí)，增加的表面活性劑分子有相當(dāng)一部分進(jìn)入膠束，同時(shí)液膜表面吸附已近飽和，此時(shí)表面活性劑濃度的增大對(duì)泡沫穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)已經(jīng)很小。由圖51可以看出，泡沫穩(wěn)定性最好時(shí)的濃度范圍為0.050.1，即為表面活性劑CDIC濃度的23倍。 隨著溫度的升高，泡沫的穩(wěn)定性迅速降低。溫度升高加快了水的蒸發(fā)，從而間接加快了“排液”的速度；同時(shí)還影響氣體的擴(kuò)散，泡沫的穩(wěn)定性降低。 電解質(zhì)加入后，擴(kuò)散雙電層被壓縮，減弱了親水頭離子間的排斥力，使得表面活性劑分子在表面的排列更為緊密，形成的泡沫更為穩(wěn)定，但是隨著電解質(zhì)濃度的增大，泡沫雙層液膜因電性相斥作用而避免進(jìn)一步排液的穩(wěn)定作用減弱，穩(wěn)態(tài)泡沫的穩(wěn)定性下降。按照上面的認(rèn)識(shí)，電解質(zhì)的加入對(duì)促進(jìn)非離子表面活性劑泡沫穩(wěn)定性作用不大。4.3 泡沫破裂的機(jī)理泡沫液膜中液體的流失。由于氣泡中泡沫相互擠壓和重力的作用，泡沫液膜中的液體不斷流失，導(dǎo)致液膜變薄，彈性降低，從而使泡沫破裂。氣體透過(guò)液膜的擴(kuò)散。根據(jù)Laplace方程，小泡沫內(nèi)的壓強(qiáng)比大泡的大，因而小泡內(nèi)的氣體會(huì)透過(guò)液膜擴(kuò)散到大泡中去，造成小泡更小，大泡更大，泡沫間壓差增大，導(dǎo)致泡沫破裂。各種影響泡沫穩(wěn)定性的因素均是直接或者間接地影響這兩個(gè)過(guò)程，從而對(duì)泡沫的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。消泡，即降低泡沫的穩(wěn)定性，通常包含防止泡沫的形成和消除已形成的泡沫。消泡的方法可分為物理消泡法和化學(xué)消泡法。前者如改變溫度、改變壓力(如抽真空)、攪拌、離心，過(guò)濾、高頻聲波及射線(xiàn)輻照等；而后者則往往加入一些化學(xué)物質(zhì)以抵消起泡劑的作用，破壞起泡及穩(wěn)泡條件。五流體動(dòng)力學(xué)行為泡沫排液 典型的三個(gè)氣泡集合體的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖，泡與泡之間壁為平面，三個(gè)泡的共同交界處形成有一定曲率半徑的小三角形柱體，由于這個(gè)曲率半徑，使液膜中位于平面間的液體所受的壓力要比位于三角桿體壁內(nèi)的液體所受壓力高很多，這一壓力梯度會(huì)導(dǎo)致液膜中液體由膜向小三角柱體流動(dòng)，從而使平壁逐漸變薄，最后在阻力的平衡下，膜達(dá)到一定的厚度。當(dāng)膜間夾角為120。時(shí)，壓力差最小，泡沫穩(wěn)定。若是三個(gè)以上，如四個(gè)氣泡聚集在一起時(shí)，最初可能形成十字形或其他結(jié)構(gòu)，但它是不穩(wěn)定的，在相鄰氣泡間的微小壓力差作用下，膜會(huì)滑動(dòng)，直至轉(zhuǎn)變成上述的三泡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定形式。這也是泡沫層內(nèi)排液的主要原因。圖3-1 三泡集合體結(jié)構(gòu)示意圖泡沫排液是泡沫中的流體動(dòng)力學(xué)行為，它是研究泡沫塔特性、氣液-表面吸附機(jī)理以及泡沫分離塔設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。Leonard和Lemlich假設(shè)泡沫中普拉特奧邊界是一個(gè)流動(dòng)界面為曲邊三角形的非剛性毛細(xì)管，并用表面粘度s描述泡沫層內(nèi)液體的流動(dòng)，提出了關(guān)于普拉特奧邊界中液體流動(dòng)的動(dòng)量守恒微分方程，并結(jié)合物料衡算以及相應(yīng)的邊界條件，差分求解數(shù)學(xué)模型，得到了泡沫排液模型。近期，Stevenson又總結(jié)了已經(jīng)提出的靜止泡沫的一維空間理論模型，channel-dominated排液模型，毛細(xì)管作用模型（指出液體體積分?jǐn)?shù)隨高度的增加而變化的情況下必須考慮毛細(xì)管作用），盡管有關(guān)泡沫的流體動(dòng)力學(xué)行為的模型已經(jīng)有了很多報(bào)道，但每個(gè)模型都有其局限性，探索新的模型使之適用于工業(yè)化生產(chǎn)，更加貼合實(shí)驗(yàn)結(jié)果還需進(jìn)一步研究。六實(shí)驗(yàn)階段總結(jié)、初步計(jì)劃及預(yù)期目標(biāo)6.1 文獻(xiàn)調(diào)研1. 研究指出,泡沫分離技術(shù)可以通過(guò)外回流技術(shù)（將外回流液的一部分從柱頂返回）富集蛋白溶液中的蛋白質(zhì)，后來(lái)又發(fā)現(xiàn)泡沫可自行形成內(nèi)回流液對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行富集。2007年stevenson采用流體動(dòng)力學(xué)理論提出了泡沫分離過(guò)程中的內(nèi)回流機(jī)制，利用流體動(dòng)力學(xué)以氣泡大小為變量求得內(nèi)回流率（泡沫大小分布是問(wèn)題）2. 發(fā)泡過(guò)程中的流體動(dòng)力學(xué)理論-提出了在保證泡沫穩(wěn)定性的前提下最大氣流量的條件和液體流量的最大值，指出Neethling等人關(guān)于對(duì)液體流動(dòng)狀態(tài)的數(shù)值分析是不正確的；提出了泡沫結(jié)合及表面效應(yīng)模型，指出當(dāng)下研究的氣液體系與泡沫礦物浮選是不同、有區(qū)別的。針對(duì)氣泡結(jié)合問(wèn)題, 創(chuàng)建了泡沫結(jié)合過(guò)程中一定程度上的流體動(dòng)力學(xué)理論：理論認(rèn)為泡沫結(jié)合只存在表層上，泡沫層內(nèi)部的氣泡平均半徑為較表面的氣泡半徑要小，而濃縮液表面速度（流量）或者說(shuō)是氣泡表面的濃縮液流量與氣泡半徑有關(guān)，并隨著氣泡半徑的增大而減小，因此，在表層下方的氣泡上會(huì)有部分濃縮液流入液體主體中，并在一定程度上改變了泡沫層的流體動(dòng)力學(xué)條件。Stevenson在2006b 表明，在泡沫層表面，濃縮液的回收與泡沫的結(jié)合是無(wú)關(guān)的。通過(guò)上述的結(jié)果分析可知，該觀點(diǎn)似乎是缺少思維深度的。6.2 實(shí)驗(yàn)進(jìn)展實(shí)驗(yàn)還處于裝置搭建過(guò)程中,初步搭建裝置圖如下:1載氣鋼瓶 2. 流量計(jì) 3. 泡沫塔 4. 氣體分布口 5. 進(jìn)料口 6. 排液 7. 取樣口 8. 高速攝像機(jī) 9. 光電毛細(xì)管探頭 10. 計(jì)算機(jī) 11. 泡沫收集器 12. 抽真空破沫處理6.3 實(shí)驗(yàn)計(jì)劃五月中下旬，完成裝置搭建（購(gòu)買(mǎi)氣閥、流量計(jì)、壓力表等，完成管路連接等），閱讀文獻(xiàn)初步確定具體實(shí)驗(yàn)操作方法；五月底至六月底，初步試驗(yàn)裝置的可操作性，獲得初步實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；6.4 預(yù)期目標(biāo)預(yù)計(jì)暑假前對(duì)整個(gè)操作流程和實(shí)驗(yàn)方案有較為詳細(xì)的了解和更加全面的實(shí)行計(jì)劃。初