泡沫分離課件

泡沫分離

（foamseparation）

2013201074理研1307班Contents

定義和概述1

分類2

特點(diǎn)和應(yīng)用5設(shè)備4基本原理3定義

根據(jù)表面吸附的原理，利用通氣鼓泡在液相中形成的氣泡為載體，對(duì)液相中的溶質(zhì)或顆粒進(jìn)行分離，因此又稱泡沫吸附分離，也稱泡沫分級(jí)或鼓泡分級(jí)。分類

卡格等將其分為有泡沫分離和無泡沫分離兩種。（1）有泡沫分離

A.泡沫分餾用于分離溶解的物質(zhì)（與精餾類似）B.泡沫浮選用于分離不溶解的物質(zhì)據(jù)分離對(duì)象分類：

礦物浮選粗粒浮選和微粒浮選粒子浮選和分子浮選沉淀浮選吸附膠體浮選分類（2）無泡沫分離

用鼓泡進(jìn)行分離，但不一定形成泡沫層A.鼓泡分餾

從塔設(shè)備底部通氣鼓泡，表面活性物質(zhì)被氣泡富集并上升至塔頂，和液相主體分離，使溶質(zhì)得到濃縮，液相主體被凈化。B.溶媒浮選

在溶液頂部置有一種與其互不相溶的溶劑，用它來萃取或富集由塔底鼓出的氣泡所吸附的表面活性物質(zhì)?；驹砼菽蛛x應(yīng)具備兩個(gè)必要條件：A.所需分離溶質(zhì)應(yīng)為表面活性物質(zhì)，或能與表面活性劑相結(jié)合（靜電作用、疏水性吸附等）的物質(zhì)，它們都可吸附在氣液界面上。B.富集質(zhì)在分離過程中藉泡沫與原料液分離并在塔頂富集。

分離作用主要取決于組分在氣－液界面上吸附的選擇性和程度，其本質(zhì)是各種物質(zhì)在溶液中表面活性的差異?；驹?.1表面吸附Gibbs(吉布斯)等溫吸附方程（1828年）ai

—i組分的活度，稀溶液時(shí)ai

=ci，mol/L；σ—表面張力,N/m；T—絕對(duì)溫度，K；Γ—吸附溶質(zhì)的表面過剩量，即單位面積上吸附溶質(zhì)的摩爾數(shù)與主體溶液濃度之差,mol/cm2?；驹?/p>

吉布斯方程適用于脂肪酸或長鏈醇等非離子表面活性劑的稀溶液。

若溶液中含離子型表面活性劑，應(yīng)進(jìn)行修正：其中，n為與離子型表面活性劑的類型有關(guān)的常數(shù)。完全電離的電解質(zhì)類型n＝2；在電解質(zhì)類型溶液中還添加過量無機(jī)鹽時(shí)n＝1。3.1表面吸附基本原理對(duì)于非離子型表面活性劑，上圖曲線更接近于Langmuir等溫方程：其中，K和K’均為常數(shù)。在飽和時(shí)，K’c>>1，此時(shí)Γ=K/K’。所以溶液中表面活性劑超過CMC后，表面過剩值Γ恒定不變。許多表面活性劑的Γ都在3*10-10mol/cm2左右。3.1表面吸附氣泡借助浮力上升，沖擊溶液表面的單分子膜。某些情況下，氣泡可以跳出液體表面，此時(shí)，該氣泡表面的水膜外層上，形成與液體內(nèi)部單分子膜的分子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。形成泡沫的氣泡集合體包括兩個(gè)部分：一是泡，兩個(gè)或兩個(gè)以上的氣泡；二是泡與泡之間以及少量液體構(gòu)成的隔膜（液膜），是泡沫的骨架?；驹恝谂菽姆€(wěn)定及層內(nèi)排液泡沫不是很穩(wěn)定的體系，氣泡與氣泡之間僅以薄膜隔開，此隔膜也會(huì)因彼此壓力不均或間隙液的流失等原因而發(fā)生破裂，導(dǎo)致氣泡間的合并現(xiàn)象，或由于小氣泡的壓力比大氣泡高，因此氣體可以從小氣泡通過液膜向大氣泡擴(kuò)散，導(dǎo)致大氣泡變大，小氣泡變小，以至消失。泡沫的穩(wěn)定性一般與溶質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和濃度，系統(tǒng)溫度和泡沫單體大小、壓力、溶液pH值有關(guān)。表面活性劑的濃度愈是接近臨界濃度，氣泡愈小，氣泡的壽命愈長。3.2泡沫的形成與性質(zhì)基本原理

泡沫吸附分離技術(shù)主要包括分離對(duì)象物質(zhì)的吸附分離和收集兩個(gè)基本過程。與之相對(duì)應(yīng)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要包括泡沫塔和破沫器兩個(gè)部分。泡沫分離的基本流程有間歇式和連續(xù)式兩種。泡沫分離的設(shè)備4.1泡沫分離的操作方式間歇式泡沫分離過程

樣品溶液置于塔的底部，從塔底連續(xù)鼓入空氣，在塔頂連續(xù)排出泡沫液。根據(jù)表面活性劑的消耗情況，間歇地從塔底補(bǔ)充表面活性劑。料液因形成泡沫而不斷減少，待目標(biāo)物質(zhì)分離完成后，殘液從塔底排出。泡沫分離的設(shè)備4.1泡沫分離的操作方式連續(xù)式泡沫分離過程泡沫分離的設(shè)備４.3泡沫分離的影響因素A.待分離物質(zhì)的種類B.溶液的pH值C.表面活性劑濃度D.溫度E.氣流速度F.離子強(qiáng)度G.泡沫的性質(zhì)、層高、排沫方式、攪拌泡沫分離的設(shè)備泡沫分離的特點(diǎn)和應(yīng)用５.1泡沫分離的特點(diǎn)泡沫分離的優(yōu)點(diǎn)：A.能在很低的濃度（數(shù)量級(jí)在ppm范圍）下有效地除去表面活性物質(zhì)；B.可以除去同樣濃度的非表面活性物質(zhì)如金屬離子等，但必須加入某種表面活性劑（作為捕集劑）和該富集質(zhì)絡(luò)合或螯合后，才能分離；C.當(dāng)全塔都具有穩(wěn)定的泡沫時(shí)，可利用回流盡可能增加單塔分離能力；D.可直接用于處理含有細(xì)胞或細(xì)胞碎片的料液；E.設(shè)備和操作十分簡單，能耗低。

泡沫分離技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域很廣。20世紀(jì)初，最早用于金屬礦石顆粒的分離回收。在環(huán)保工程中，可處理原子能工業(yè)中含放射性元素如鍶的廢水；染料、制革、石油化工等工業(yè)污水中，可降低化學(xué)耗氧量（COD）、色素、有機(jī)化合物等；在其他工業(yè)廢水中，也可富集各種金屬離子包括銅、鋅、鐵、汞、銀