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1、10.4 泡沫吸附分离,目的及要求：（1）了解泡沫吸附分离法的分类及其特点；（2）了解表面活性剂的结构特点及其在泡沫吸附分离中的作用；（4）了解泡沫分离的影响因素。,习惯上：显著降低表面张力化合物。,一、表面活性剂,概念：,从广义上讲：能使体系表面张力降低的溶质；,表面活性剂是一类具有双亲性结构的有机化合物,1970年 世界表面活性剂产量 320万吨1996年 世界表面活性剂产量 1000多万吨,其中 50% 用于纤维工业 20% 用于洗涤剂工业 其余 用于其它行业,应用特点： 用量小，收效大。,两性表面活性剂,一、表面活性剂,分类：,离子型表面活性剂,非离子型,特种表面活性剂,阴离子表面活性
2、剂:, 肥皂,溶于水后，起表面活性作用的是阴离子。一般，阴离子表面活性剂水溶液显 中性或碱性。,缺点：不能在硬水中使用, 磺化油,含羟基和不饱和双键的油脂经硫酸酯化后再中和的产品被习惯称为磺化油。,R - SO3- Na+,阴离子表面活性剂:, 烷基苯磺酸钠,C12H25C6H5SO3Na,LAS,阴离子表面活性剂:, 磷酸酯盐,多用作防锈剂、抗静电剂、乳化剂,a 烷基醚磷酸酯,b 烷基磷酸酯,优点：对水要求不高，可在硬水中应用。,阳离子表面活性剂,溶于水后，起表面活性作用的是阳离子，水溶液显 酸性。,柔软性好、抗静电、杀菌力强等,两性表面活性剂,如聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂：,非离子表面活
3、性剂,氟碳表面活性剂：,特种表面活性剂,硅表面活性剂：,能降低水和其它有机溶剂的表面张力具有优良的热稳定性和化学稳定性。,能极好地降低水的表面张力。,一、表面活性剂,结构特点：,易溶于水，具有亲水性质。如羧基、磺酸基、醚基和羟基等,易溶于油，具有亲油性质。一般为长链烃基。,一、表面活性剂,性质：, 表面张力,表面分子作用于单位长度上的收缩力,a极稀溶液,b稀溶液,cCMC的溶液,d 大于 CMC的溶液,一、表面活性剂, 临界胶束浓度(CMC),性质：,一、表面活性剂,= dG / dS, 临界胶束浓度(CMC),性质：,一、表面活性剂,性质：, 胶束增溶,原因？,什么叫胶束增溶？,增溶量?,一
4、、表面活性剂,性质：, 泡沫稳定性的影响因素,1）组分的性质和浓度2）体系温度 温度升高，稳定性下降3）气泡大小 小气泡比大气泡稳定4）pH,是以泡沫作为分离介质，利用各种类型的物质与泡沫表面的吸附相互作用，实现表面活性物质或能与表面活性剂相结合的物质从溶液主体（母液）中的分离。,二、泡沫分离概述,定义：,1915年开始应用于矿物浮选； 20世纪50年代发展了对离子、分子、胶体及沉淀的泡沫 吸附分离，首先是从溶液中回收金属离子； 20世纪60年代中期采用泡沫分离法处理洗涤剂工厂排放 的一级污水和二级污水； 20世纪70年代进行了染料等有机物与废水泡沫分离的实验研究，1977年开始有报道用阴离子
5、表面活性剂泡沫分离DNA、蛋白质及液体卵磷脂等生物活性物质。,二、泡沫分离概述,起源与发展：,二、泡沫分离概述,分类：,三、泡沫分离原理,利用待分离物质本身具有表面活性(如表面活性剂)或能与表面活性剂通过化学的、物理的力结合在一起(如金属离子、有机化合物、蛋白质和酶等)，在鼓泡塔中被吸附在气泡表面，得以富集，藉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。,三、泡沫分离原理,分离决定作用：,组分在气液界面上吸附的选择性和程度。,分离的本质：,各种物质在溶液中表面活性的差异,三、泡沫分离原理,必具两个基本条件？, 所分离的溶质必须能够在气-液界面上产生正吸附； 富集质在分离过程中借
6、助气泡与液相主体分离，并 在塔顶富集。,对吸附物质的收集和脱除-破沫塔,四、泡末分离的设备及流程,两个基本过程：,溶质吸附到气液界面上-泡沫塔；,评价泡沫分离程度的指标：,分配因子：脱除率：增浓比：体积比：,原料液中浓度/残液中浓度,吸附溶质在表面浓度/在主体溶液中平衡浓度,泡沫液中被吸附物质浓度/主体溶液浓度,原料液的体积/泡沫液的体积,四、泡末分离的设备及流程,间歇分离流程：,四、泡末分离的设备及流程,连续分离流程：,五、泡末分离的优缺点,优点：,能在很低浓度下有效地除去表面活性剂（ppm级）。 在加入表面活性剂后，可同样有效地除去很低浓度的可捕集物。 全塔充满稳定泡末时，可用回流方式增加
7、单塔分离能力。 设备简单，操作方便，能耗低。,五、泡末分离的优缺点,缺点：,(1)当溶液中表面活性物质的浓度在临界浓度以上时，泡沫分离塔虽然获得稳定的泡沫层，但分离效率低； (2)在临界胶束浓度以下， 难以维持稳定的泡沫层； (3)当用于去除富集质时，除去的总量和表面活性剂的用量往往呈化学计量关系，而后者都是高分子物质,消耗量较大,也会产生回收问题； (4)在泡沫分离设备的设计和操作中，塔中的返混严重影响分离的效率，尤其是泡沫层不稳定的系统，只能实测，难以预测。,六、泡末分离的应用,生物工程中的应用,大肠杆菌的分离 细胞的分离 例：用月桂酸、硬脂酰胺或辛胺作为表面活性剂，对初始细胞浓度为7.2
8、108cfu/cm3的大肠杆菌进行细胞分离，结果1min内能除去90%的细胞，用10min的时间能去除99%的细胞。此外，泡沫分离还可用于酵母细胞、小球藻、衣藻等的分离。 蛋白质体系的分离浓缩 到目前为止，用泡沫分离法获得的蛋白质及酶有溶菌酶、白蛋白、促性腺激素、胃蛋白酶、凝乳酶、血红蛋白、过氧化氢酶、卵磷脂、淀粉酶、纤维素酶、D氨基酸氧化酶、苹果酸脱氢酶等等。,六、泡末分离的应用,废水的净化,利用泡沫吸附分离所处理的洗涤剂废水LAS10mgl、SOD100mgl，含量都小于国家排放标准。,采用泡沫分离法能有效去除废水中的微量钴离子，以质量浓度为10 mgL的SLS做表面活性剂，pH 为110，气流量为300 Lh，此时，钴离子去除率可达9761。,以表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为捕收剂，处理甲基橙染料废水，第1次脱色富集比为1110，脱色率R为995,展 望,随着现代工业的发展，泡沫分离技术在一种物质的分离往往需要几种分离方法才能达到分离的要求，泡沫分离常常与萃取、沉降、生化等方法共同应用于化工、生化、食晶、医药、污水处理等领域，用以达到更加广泛的使用领域。,
