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1、泡沫分离技术的应用和展望郑耀洋 摘要 泡沫分离法以其能耗低、投资小尤其适用于浓度较低情况下的分离等优点在生物工程的产物分离中有相对于别的技术独特的优势。 论文介绍了泡沫分离技术及特点综述了双水相体系在各方面的应用，展望了泡沫分离技术的应用前景 关键词 泡沫分离泡沫浮选纯化废水处理泡沫分离技术是一种基于溶液中溶质（或颗粒） 间表面活性的差异进行分离的一种方法。与传统的固液分离技术（离心和膜过滤）相比，泡沫分离具有操作简单、耗能低、尤其适用于较低浓度情况下分离等优点，受到人们的重视。泡沫分离在20 世纪初就已广泛应用于矿冶工业，称之为泡沫浮选，而当时分离的对象主要是含金属的颗粒。但针对离子、分子、
2、胶体及沉淀的泡沫分离则是近三十年来发展起来的技术。目前泡沫分离被广泛应用于环境保 1护、生物工程、冶金工业及医药卫生等领域。1 泡沫分离技术泡沫分离技术是利用表面活性剂在气一液界面的性质来进行溶质分离的。表面活性剂的分子结构由亲水基和亲油基( 或疏水基 )两部分组成 , 当它们溶人水中后即在水溶液表面聚集,亲水基留在水中 , 亲油基伸向气相 , 如果溶液中含有气泡则表面活性剂就会吸附在气泡表面上 , 并随之上浮 , 这样就使表面活性剂聚集在水面上, 将气泡与水分离, 即实现了脱除水中的表面活性剂。如要除去非表面活性组分, 可通过加人适当的表面活性剂, 以把这类组分吸附到气泡表面上。吸附作用可以
3、通过形成整合、静电吸引或分子间力等来产生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 2 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。2 泡沫分离技术的应用2.1 泡沫分离技术在环境保护中的应用泡沫分离技术作为一种根据表面吸附原理而形成的新型分离技术具有设备
4、简单、成本能耗低和无污染的特点而被广泛应用于废水处理中。 3 泡沫分离技术在废水处理方面应用最为广泛的应该是表面活性剂废水的处理。王毅等对泡沫分离-Fenton 氧化工艺处理表面活性剂废水进行了研究实验表明,采用泡沫分离 -Fenton 氧化工艺可将废水中 SDBS 和 Brij30分别降至 2 mg/L 和 5 mg/L 以下。 4 泡沫分离技术还可以用来处理含其他物质的废水如含蛋白类废水。以马铃薯淀粉废水的处理为例。马铃薯淀粉废水属高浓度有机污染废水, 因其含有大量的淀粉和蛋白质以及少量还原性糖和脂肪等, 导致化学需氧量(COD)、生物需氧量 ( BOD)及悬浮固体 (SS) 含量都很高
5、. 这种废水若未经处理直接排入环境中, 会造成严重污染。 5杜新贞等将混凝沉淀、 吸附与泡沫分离工艺结合，研究了利用泡沫分离处理马铃薯淀粉废水的方法。结果表明 , 采用该法处理后淀粉废水的总COD 去除率达到80.1%,方法操作简单 ,处理效果较好。 62.2 泡沫分离技术在生物工程中的应用在生物工程方面近些年来泡沫分离技术研究重点应用于生物分离过程特别是蛋白质的 7, 清华大学、华东理工大学等也进行了泡沫提取方面。目前国内关于单一蛋白质体系分离过程影响因素的研究并建立了分离过程的传质模型。但在工业化生产中泡沫分离技术的应用体系大多是蛋白质的多元体系, 因此有必要将泡沫分离技术在研究单一体系的
6、基础上进一步扩展到多元体系 , 尽快将泡沫分离运用于工业化生产。 8 另一方面泡沫分离技术还可应用于对中药有效成分如人参皂苷的分离。溶液中含有表面活性成份是泡沫分离的必要条件之一，而中草药中的皂苷、蛋白质、树胶以及其它高分子化合物具有表面活性剂的特性，能够在强烈搅拌或沸腾时产生稳定的泡沫，而且泡沫反应是皂苷类有效成份定性分析的常用方法因此中药水提液具备了泡沫分离的必要条件3 泡沫分离技术前景 98 0 年代以来 , 大量新型表面活性剂不断被开发并推向市场, 人们对表面行为的认识逐渐拓宽 , 物质表面性质的差异渐渐又被人们应用在分离过程中。矿物浮选的范围逐渐扩大,新工艺不断出现 , 适用泡沫分离
7、的物质越来越多, 泡沫分离法以其能耗低、投资小尤其适用于浓度较低情况下的分离等优点, 再次开始被越来越多的人关注。10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 , 同时伴随着二次回收的问题；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 ,且泡沫又是一种不稳定体系, 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
8、用。 2参考文献1 刘国诠等 .生物工程下游技术 ,2003.北京：化学工业出版社2汪德进 .泡沫分离技术及其模型的研究进展. 安庆师范学院学报200713(3) ：44-473张星璨吴兆亮傅萍粟勇 . 泡沫分离水溶液中微量茶碱工艺研究. 河北工业大学学报 ,2002,41(2):36-404 王毅等 . 泡沫分离 -Fenton 氧化工艺处理表面活性剂废水 , 应用化工 , 2010,39(8):1155-11585 MISHRA B K, ARORA A, LATA. Optimizat ion of a biological process for treating potato chi
9、ps industry waste water using a mixed culture o f Aspergillus foetidus and Asper gillus nig er J . Bioresour Technol, 2004, 94( 1) : 9- 12.6 杜新贞等.混凝沉淀-泡沫分离-吸附工艺处理马铃薯淀粉废水的实验研究,西北师范大学学报 ,2009,45(5):88-917魏晓芳等 . 阴离子表面活性剂 /蛋白质混合体系泡沫的富集行为,化工学报 ,2000,45(5):88-918谭相伟等 .泡沫分离技术在蛋白质多元体系分离中的应用, 化工进展 ,2005,24(5):510-5139 修志龙等 . 泡沫分离法分离人参皂苷 .过程工程学报 20011（3）：289-29110 常志东等 . 池沫今离法的应用与发展 . 化工进展 19995： 18-21
