现代分离方法与技术

现代分离方法与技术

--泡沫分离

学院：化学与环境保护工程学院班级：化工1201班

姓名：刘卢科

学号：201231204071

泡沫分离技术

引言泡沫分离技术是一种新兴的分离与净化技术，广泛应用于工业领域中。通常把凡是

利用气体在溶液中鼓泡，以达到分离或浓缩的方法总称为泡沫分离技术。作为分离对象的某溶质，可以是表面活性物质和洗涤剂，也可以是能与表面活性物质相结合的任何溶质，例如矿石颗粒、沉淀颗粒、阴离子、阳离子、染料、蛋白质、酶、病毒、细菌或某些有机物质。在间歇塔式设备内部鼓泡时，该溶质可被选择性地吸附在自下而上的气泡表面，并在溶液主体上方形成泡沫层，将排出的泡沫消泡，可获得泡沫液(溶质的富集回收)；在连续操作时，液体从塔底排出，可以直接排放，也可以作为精制后的产品液。

一、发展历程及原理

泡沫分离技术是近十几年发展起来的新型分离技术之一。泡沫分离是根据吸附的原理，向含表面活性物质的液体中鼓泡，使液体内的表面活性物质聚集在气液界面（气泡的表面）上，在液体主体上方形成泡沫层，将泡沫层和液相主体分开，就可以达到浓缩表面活性物质（在泡沫层）和净化液相主体的目的。被浓缩的物质可以是表面活性物质，也可以是能与表面活性物质相络合的物质，但它们必须具备和某一类型的表面活性物质能够络合或鳌合的能力。人们通常把凡是利用气体在溶液中鼓泡，以达到分离或浓缩目的的这类方法总称为泡沫吸附分离技术，简称泡沫分离技术。泡沫分离技术的研究开发工作已开展了近一个世纪，为统一泡沫分离的概念，1967 年Karger，Grieves[2]等人共同推荐并向IUPAC 提出一项建议，早在1915年就开始应用于矿物浮选，但是对离子、分子、胶体及沉淀的泡沫吸附分离是在20世纪50年代末才引起人们的兴趣与重视，并逐渐作为一种单元操作加以研究，首先是从溶液中回收金属离子的课题开始，前期研究了泡沫分离金属离子的可行性，然后建立了金属离子与表面活性剂离子之间相互作用的扩散－双电层理论。20世纪60年代中期采用泡沫分离法脱除洗涤剂工厂排放的一级污水和二级污水中的表面活性剂－直链烷基磺酸盐和苯磺酸盐获得成功。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。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、β－淀粉酶、纤维素酶、D－氨基酸氧化酶、苹果酸脱氢酶等等。随着工业的发展，特别是对环境保护的普通重视和资源综合利用的要求，泡沫分离的研究工作将不断扩大范围，其工业应用将越来越多。

二、方法分类

I 泡沫分离Foam separation

A 泡沫分离法Foam fractionation

B 泡沫浮选法Froth Flotation

1. 矿物浮选Ore Flotation

2. 粗离子浮选Macro Flotation

3. 细粒子浮选Micro Flotation

4. 沉淀浮选Precipitate Flotation

5. 离子浮选Ion Flotation

6. 分子浮选Molecular Flotation

C 吸附胶体浮选Adsorbing Flotation

Ⅱ非泡沫分离Nonfoaming adsorptive bubble separations

A 鼓泡分离法Bubble fractionation

B 萃取浮选法Solvent sublation

泡沫分离装置图

1、泡沫浮选法：泡沫浮选是浮选当中的一种,它是细粒和极细物料分选中应用最广泛的方法。20世纪初应用泡沫浮选法，按矿粒对水中气泡亲和程度不同进行选别。随着人们对矿物表面性质的认识深化，出现了薄膜浮选法和全油浮选法。20世纪初，泡沫浮选法应用选别有色金属和黄金矿。泡沫浮选是一个包括气、固、液三相的系统，浮选是在该体系中完成的复杂的物理化学过程。其中：固相是被分选的矿物；液相为分选介质，主要是水；气相是为了形成气泡，携带矿粒。

主要过程：泡沫浮选的主要过程是气泡带着有选择性但在气液界面粘得不紧的矿粒在矿浆中上升,然后刮去在矿浆面上形成的泡沫。这一过程概念简单,细节复杂,它的适应性和有效性使泡抹浮选成为选别复杂、低品位矿石时应用最广的一种方法。全世界90%以上的铜、铅、锌、钼、锑和镍都是用泡沫浮选法回收的。尽管十九世纪就有了第一批泡沫浮选专利,但所用的设备、技术及对浮选表面化学的认识至今还在发展。

药剂与工艺：矿物能否上浮，主要取决于矿物表面的润湿性。自然界大部分矿物其可浮性均较差，单纯依靠矿物之间润湿性的差别是不能将矿物顺利分离的。浮选药剂的作用是改变浮选过程中相界面的性质浮选过程中为了得到满足的浮选结果，必须掌握和控制一系列影响浮选的工艺因素。例如：物料的粒度、浮选药剂制度、矿浆性质、浮选流程及结构。根据不同的矿物性质，制定不同的工艺。

三、应用现状

1分离细胞

泡沫分离法可以从待分离基质中分离出全细胞。用月桂酸、硬脂酰胺或辛胺作为表而活性剂，对初始细胞浓度为7．2×108 cfu/cm3的大肠杆菌进行细胞分离，结果l min内能除去90%的细胞，用10 rnin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。

2分离富集蛋白质体系

1分离糖—蛋白质混合体系糖通常存在于植物和微生物体内，在糖的提取过程中生物体内的蛋白质也往往随之被提取出来，因此去除提取混合物中的蛋白质成为一些糖类提纯的关键步骤。

蛋白质和糖类表面活性具有较大差异，可以利用泡沫分离技术来实现蛋白质和糖的初级分离，与geveg溶剂萃取方法相比，该法操作简单，处理量大，不需外加任何有机溶剂。冈而从植物和微生物中提取糖时，采用泡沫分离技术可以满足初步去除蛋白质的需要，大大降低后续纯化工作的负荷。

2分离蛋白质二元及多元体系在分离蛋白质体系中，蛋白质的活性在吸附过程中起了主导作用，但对于表面活性相近的蛋白质，存气液界面的吸附结松又决定了蛋白质的吸附优势，因此蛋白质表面活性强弱的判定是断定泡沫分离效果的首要前提。

3蛋白---酶体系的分离

泡沫分离可应用于各种蛋白质和酶的浓缩或分离，其最初是用于胆酸和胆酸钠混合物中分离胆酸，泡沫中胆酸的浓度为料液的3-6倍，活度增加65%。泡沫分离还可用于从非纯制剂中分离磷酸酶，从链球菌培养液中分离链激酶，从粗的人体胚胎均浆中分离蛋白酶。

同前能够利用泡沫分离技术成功分离出的蛋白质有：磷酸酶、链激酶、蛋白酶、血清白蛋白、溶菌酶、胃蛋白酶、尿素酶、过氧化氢酶、明胶、大豆蛋、酪蛋白、抗菌肽类等一系列蛋白质。

3分离皂苷有效成分

皂苷是一种优良的天然非离子型表面活性成分，具有亲水性的糖体和疏水性的皂苷，并且具有良好的起泡性，因此可用泡沫分离技术来从天然植物中提取皂苷。日前，人参皂苷和三七皂苷等中药皂苷类有效组分的富集分离都使用泡沫分离技术。

4.其他方面的应用

泡沫分离法在污水处理，矿物浮选，金属特别是稀有金属的回收检测等方面都有很重大的意义，在水处理中的应用始于19世纪90年代，当时欧洲国家用它来处理溶解于水的各种表面活性物质。20世纪初泡沫浮选广泛应用于矿冶工业，但针对离子、分子、胶体及沉淀的泡沫吸附分离技术则是近30年中发展起来的一种新型分离技术。

四、优缺点

1优点：

1.泡沫分离设备简单，易于放大；

2.操作简单，能耗低：

3.可连续和间歇操作；

4.在生物下游加工过程的初期使用，处理体积庞大的稀料液；

5.可直接用于处理含有细胞或细胞碎片的料液；

6.只要操作条件设计合理，可获得很高的分离效率。

2缺点：影响因素多，如溶液的pH值，表面活性剂浓度，温度，气流速度，离子强度。此外，泡沫的性质、层高、排沫方式、搅拌等也是影响泡沫分离的因素。

五、结束语

泡沫分离技术在环保工业中，可用于废水的处理，降低化学消耗量、回收有机化合物等，也可以富集各种金属离子；在医药工业和生物工程方面也有其独到之处，可用于蛋白质及酶的分离纯化，生物活体中金属含量的检验，以及病毒的浓缩分离；此外，在食品、原子能、冶金、电镀、皮革、印纺和石油化工等工业中也有着广阔的前景。因此，研究和开发泡沫分离技术将对环保、金属的回收、医药、生物工程等部门有着十分重要的意义。泡沫分离技术以其设备操作简单、能耗低、投资小，尤其适用于浓度较低的情况下的分离等优点，越来越受到人们广泛关注。但泡沫分离法也有一定的局限性：对高浓度的溶液分离效率较低；当用于回收非表面活性剂时．需加入高分子的表面活性剂，消耗量大，同时伴随着二次同收的问题；在实际操作中，塔内的返混现象经常发生．影响分离效果；对泡沫本身的结构研究较少，泡沫的许多性质还不清楚；而且由于构成泡沫的表面活性剂含量极低，通常的分析仪器无法直接测量，且泡沫又是～种不稳定体系，使测量的难度加大。但随着分析技术的提高，泡沫分离技术必将在稀溶液的分离、有价物质的回收方面有着更加广泛的应用。