泡沫分離技術(shù).doc

泡沫分離技術(shù)研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)The development situation and trend of foam fractionation 姓名：呂虹鋒學(xué)號(hào)：C31114041專(zhuān)業(yè)：11級(jí)高分子材料與工程課程：現(xiàn)代分離技術(shù)教師：陳鵬鵬摘要：本文綜述了泡沫分離的原理，技術(shù)設(shè)備；還討論了泡沫分離技術(shù)目前存在的問(wèn)題以及發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：泡沫分離技術(shù)；原理；表面活性劑；發(fā)展趨勢(shì)Abstract：the purpose of this article was to review the theory and equipment of foam fractionation,and also discussed the problem and development trend of foam fractionation.Key Words:foam fractionation;theory;surfactant;tendency1.引言泡沫分離技術(shù)是一種新興的分離與凈化技術(shù)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域中。通常把凡是利用氣體在溶液中鼓泡，以達(dá)到分離或濃縮的方法總稱為泡沫分離技術(shù)。作為分離對(duì)象的某溶質(zhì)，可以是表面活性物質(zhì)和洗滌劑，也可以是能與表面活性物質(zhì)相結(jié)合的任何溶質(zhì)，例如礦石顆粒、沉淀顆粒、陰離子、陽(yáng)離子、染料、蛋白質(zhì)、酶、病毒、細(xì)菌或某些有機(jī)物質(zhì)。在間歇塔式設(shè)備內(nèi)部鼓泡時(shí)，該溶質(zhì)可被選擇性地吸附在自下而上的氣泡表面，并在溶液主體上方形成泡沫層，將排出的泡沫消泡，可獲得泡沫液(溶質(zhì)的富集回收)；在連續(xù)操作時(shí)，液 體從塔底排出，可以直接排放，也可以作為精制后的產(chǎn)品液。2.分離原理 泡沫分離是根據(jù)表面吸附的原理，借助鼓泡使溶液中的表面活性物質(zhì)聚集在氣/液界面，隨氣泡上浮至溶液主體上方，形成泡沫層，將泡沫和液相主體分開(kāi)，從而達(dá)到濃縮表面活性物質(zhì)（在泡沫層），凈化液相主體的目的。從液相主體中濃縮分離的既可以是表面活性物質(zhì)，也可以是能與表面活性物質(zhì)相互親和的任何溶質(zhì)，比如金屬陽(yáng)離子、蛋白質(zhì)、酶、染料等等。另外，一些固體粒子（沉淀微?；虻V石小顆粒），也可以被表面活性物質(zhì)吸附，從溶液中分離出來(lái)。泡沫分離必須具備兩個(gè)基本條件，首先，所需分離的溶質(zhì)應(yīng)該是表面活性物質(zhì)，或者是可以和某些活性物質(zhì)相絡(luò)合的物質(zhì)，它們都可以吸附在氣/液界面上；其次，富集質(zhì)在分離過(guò)程中借助氣泡與液相主體分離，并在塔頂富集。因此，它的傳質(zhì)過(guò)程在鼓泡區(qū)中是在液相主體和氣泡表面之間進(jìn)行，在泡沫區(qū)中是在氣泡表面和間隙液之間進(jìn)行。3.技術(shù)設(shè)備在間歇泡沫分離操作系統(tǒng)中，泡沫連續(xù)從設(shè)備中輸出，初始溶液中所含的發(fā)泡劑(通常為某種表面活性劑)逐漸耗盡。設(shè)備的泡沫層中無(wú)料液引入，全塔近似為一個(gè)理論級(jí)。在連續(xù)操作的泡沫分離設(shè)備中，料液連續(xù)進(jìn)入泡沫分離塔中，同時(shí)，泡沫相和殘留液相連續(xù)從塔內(nèi)排出。為提高分離塔的分離效率，目前常采用兩種模型：提餾模型和精餾模型。在提餾模型中，料液從泡沫相中加人，料液在到達(dá)塔底之前先通過(guò)泡沫相，實(shí)現(xiàn)部分分離。在精餾模型中，通過(guò)將部分泡沫的破沫液回流到塔頂，從而提高分離程度。很多學(xué)者對(duì)泡沫分離設(shè)備進(jìn)行了局部的改進(jìn)。例如，杜建新，胡華等提出了一種新型的泡沫分離設(shè)備，即環(huán)流泡沫塔。通過(guò)分析液相區(qū)的流體力學(xué)行為和實(shí)驗(yàn)，在理論和實(shí)踐上都得到了較理想的結(jié)果。環(huán)流泡沫塔的結(jié)構(gòu)類(lèi)似于傳統(tǒng)的氣升式環(huán)流反應(yīng)器，不同之處在于：裝有導(dǎo)流筒的液相區(qū)所占整塔高度的比例比較小，且塔的頂端有引出泡沫的結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的用于泡沫分離的鼓泡塔相比，環(huán)流泡沫塔的最大優(yōu)點(diǎn)在于：氣泡隨液體循環(huán)流動(dòng)，氣泡的平均停留時(shí)間比鼓泡塔中長(zhǎng)。環(huán)流泡沫塔的上述特點(diǎn)保證了泡沫分離過(guò)程氣泡表面與液相間的充分接觸和有效傳質(zhì)。有關(guān)這種泡沫塔的流體力學(xué)行為和傳質(zhì)行為，還可繼續(xù)加以考察，以發(fā)展高效的泡沫分離設(shè)備。 4應(yīng)用現(xiàn)狀（1）分離固體離子由于分離的對(duì)象是含有固體粒子的懸浮液，可以加入合適的表面活性劑，捕收固體顆粒，使他們獲得疏水性，然后再加入適當(dāng)起泡劑，利用空氣鼓泡，根據(jù)礦石粒子和脈石粒子性質(zhì)的差異，使脈石下沉，礦石隨氣泡上浮，從而達(dá)到分離目的。這種技術(shù)較為成熟，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。（2）分離溶液中的離子、分子，處理工業(yè)廢水分離的對(duì)象是真溶液，通過(guò)向溶液中加入表面活性物質(zhì)，吸附溶液中的離子或分子，通過(guò)鼓泡將其帶出，從而實(shí)現(xiàn)分離。 一般認(rèn)為，吸附在泡沫表面的表面活性劑與溶質(zhì)的作用力有兩種，一種是表面活性劑與溶質(zhì)間的離子-離子作用力，它具有良好的選擇性和高的提濃率，另一種是離子-偶極間的作用力。但常志東等卻利用偶極$偶極的作用，以吐溫系列非離子表面活性劑從水中回收低濃度的磷酸三丁酯，取得較好的分離效果。在對(duì)氰根離子進(jìn)行分離時(shí)得出結(jié)論，泡沫分離不僅對(duì)具有表面活性的物質(zhì)有效，對(duì)非表面活性的物質(zhì)也是可以的，只要復(fù)合物是疏水的，因?yàn)榕菽嬖陔p電層結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)類(lèi)似于膠體，復(fù)合物就會(huì)被靜電力吸附在泡沫上。溶液中溶質(zhì)與表面活性劑親水基團(tuán)的親和受溶劑水的水化作用及各種離子干擾競(jìng)爭(zhēng)的影響，只有與表面活性劑有較強(qiáng)親和能力的溶質(zhì)才能被較好地分離。（3）回收、濃縮蛋白質(zhì)等表面活性物質(zhì)泡沫分離可應(yīng)用于各種蛋白質(zhì)和酶的濃縮或分離，其最初是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，從粗的人體胚胎均漿中分離蛋白酶。（4）分離全細(xì)胞用月桂酸、硬脂酰胺或辛胺作表面活性劑，對(duì)初始細(xì)胞濃度為7.2108個(gè)/cm3大腸桿菌進(jìn)行細(xì)胞分離，結(jié)果1min的時(shí)間能除去99%的細(xì)胞，用10min的時(shí)間能去除99%的細(xì)胞。此外，泡沫分離還可用于酵母細(xì)胞、小球藻、衣藻等的分離。（5）其它方面的應(yīng)用泡沫分離法在污水處理，礦物浮選，金屬特別是稀有金屬的回收檢測(cè)等方面都有很重大的意義，在水處理中的應(yīng)用始于19世紀(jì)90年代，當(dāng)時(shí)歐洲國(guó)家用它來(lái)處理溶解水的各種表面活性物質(zhì)。20世紀(jì)泡沫浮選廣泛應(yīng)用于礦冶工業(yè)，但針對(duì)離子,分子，膠體及沉淀的泡沫吸附分離技術(shù)則是近30年中發(fā)展起來(lái)的一種新型分離技術(shù)。5.泡沫分離技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)盡管泡沫分離技術(shù)具有很多優(yōu)勢(shì)，但是它也存在著一些不足之處，如表面活性物質(zhì)大多是高分子化合物，消化量較大，有時(shí)也難以回收，泡沫塔內(nèi)的反混嚴(yán)重的影響了分離的效率，溶液中的表面活性物質(zhì)的濃度難以控制等。 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，泡沫分離技術(shù)在一種物質(zhì)的分離往往需要集中分離方法才能達(dá)到分離的要求，泡沫分離常常與萃取，沉降，生化等方法共同應(yīng)用于化工，生化，食品，醫(yī)藥，污水處理等領(lǐng)域，用以達(dá)到更加廣泛的使用領(lǐng)域。6 .參考文獻(xiàn) 【1】劉茉娥陳歡林新型分離技術(shù)基礎(chǔ)Ml杭州：浙江大學(xué)出版社1993：146 【2】常志東，劉會(huì)洲，陳家鏞，泡沫分離法的應(yīng)用與發(fā)展，化工進(jìn)展，1999,5:18 【3】鄧修，吳俊生1 化工分離進(jìn)展，北京：科學(xué)出版社 【4】劉志紅，劉錚，丁富新等，用泡沫分離法濃縮和分離蛋白質(zhì)，清華大學(xué)學(xué)報(bào)，1998,38（6）：20 【5】王淀佐，浮選劑作用原理及應(yīng)用，北京：冶金工業(yè)出版社 【6】陳樹(shù)暉，楮家瑛，江體乾泡抹分離技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究一回收廢液中的金U化工學(xué)報(bào)，19916)： 770-774 【7】曾志遠(yuǎn)丁愛(ài)民，沈宏，等環(huán)流氣浮分離技術(shù)在吉H-()廢水處理中的試驗(yàn)【JL高校 化學(xué)工程學(xué)報(bào)，199120)：293-297 【8】王絹，褚家瑛泡沫塔吸附分離B心一UJ化工學(xué)報(bào)，1994，450：380384 【9】Hossain M,Fenton G. Concentration of proteins from single component solution using a semibatch foam process J.Sep Sei Technol, 1998,33(16):2623 【10】F