泡沫吸附分离

表面活性剂浓度稍大于CMC时，才能充分发挥其表 面活性作用。 当溶液浓度达到临界胶束浓度时，表面活性剂的一些 物理性质如电阻率、渗透压、冰点下降以及颜色变化 等就会发生改变。
(2) CMC值
CMC值 的大小主要决定于表面活性剂的分子结
构和在水中的强电解质的浓度，与强电解质的种类和
非电解质无关。
①
c d c ab RT dc RT 1 bc
当浓度达到饱和即c很大时，则1+bc= bc，则
a RT
－饱和吸附量
bc 1 bc
与Langmuir吸附等温式类似
c


c


1 b

c

~ c作图，由直线的斜率求 得 。
5.4.3 解吸功
吸附功：吸附为自发过程，吸附过程所做的功为吸附功。
表面活性剂知识介绍（补充）
从广义上讲，能使体系表面张力降低的溶质均
可称为表面活性物质；但习惯上只将显著降低表面
张力的这类化合物称为表面活性剂。 表面活性剂是一类具有双亲性结构的有机化合物。
1970年 1996年
世界表面活性剂产量 世界表面活性剂产量 >50% >20% 其余
320万吨 1000多万吨
解吸功：将吸附分子从表面解吸所需的功。
解吸功的计算：
cs L RT ln ci cs ci mol/L mol/L
5.4.4 固体表面的吸附
固气界面和固液界面的吸附对浮选很重要。
Va = k1P
当P>Pd时，Vr=k
Va=k2
Va = kP1/n
Pd
图5.7 溶解、化学反应和吸附的等温线 （a）溶解； （b）化学反应；（c）吸附
在水中溶解性好，任何pH都适合，渗透力和抗静
电性比氨基酸型好。
② 磺酸盐型
(4) 非离子表面活性剂
如聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂 非离子表面活性剂分子中含有聚氧乙烯基或羟基， 能溶于水，但在水中不能解离成离子。其亲水性是通 过聚氧乙烯醚链或羟基链中的氧原子与水分子形成氢
键而表现出来的。
无水时
R-O CH2 CH2 O 有水时 CH2 O CH2 CH2 O HOH CH2 OH
C12H25NH(CH2)2COO - Na+ HCl C12H25NH(CH2)2COOH + NaCl (弱 酸 性 ) 有沉淀生成 HCl C H NH(CH2)2COOH (强 酸 性) 12 25 HCl 沉淀溶解
b 甜菜碱型：
阳离子由季胺盐构成 CH3
CH3
烷基二甲基甜菜碱性 结构：R — N+ — CH2 COO-
少数是含磷或硫的有机化合物，主要是季胺盐。 NH3
氨
R-NH2
伯胺
R-NH-R
仲胺
R R-N-R
叔胺
R
[ R-N-R ]+ XR
季胺盐
如烷基三甲基氯化铵 CH3
溶于水
[R - N - CH3]
CH3
+
Cl-
CH3 R - N+ - CH3 + ClCH3
优点： 柔软性好、抗静电、杀菌力强等
应用： 纤维、毛发、合成树脂的柔软剂 、抗静电剂 和防水剂，也用于医药卫生及建筑行业等。
局限性:
(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.
图5.2 溶剂消去法流程示意图
5.2 流程设置及操作
泡沫分离的流程设置及处理方法和精馏很类似， 故有泡沫精馏之称。其流程可以分为间歇分离和连续 分离两类。
图5.3 间歇式分离塔
图5.4 连续式分离塔
5.3 特点及应用 优点:
(1)能在很低的浓度下十分有效地去除表面活性物质; (2)在表面活性剂的存在下,可以有效地去除非表面活性物 质如金属离子等; (3)当全塔都具有稳定的泡沫时,可利用回流尽可能增加单 塔的分离能力; (4)设备和操作十分简单,能耗低.
乙烯醚(商品名 OP) 、吐温系列产品(如吐温－80)、
6501净洗剂 [ C11H23CON(CH2CH2OH)2 ]都是常用的 非离子表面活性剂。
(5) 特种表面活性剂
special surfactant
利用氟碳链或硅链为疏水基的表面活性剂以及含有金属 的表面活性剂的总称。
①
氟碳表面活性剂 F C F F C F F C F F C F F C F F C F F C F
表面活性剂的分子结构
离子型表面活性剂的CMC决定于亲油基(憎水基)的 长短，一般碳原子数越大，CMC越小。但亲油基中若引
入双键或支链，则使CMC变大。 非离子型表面活性剂的CMC主要由亲水基的种类决
定，如聚氧乙烯链增长, CMC变大 。
②
无机盐类强电解质的影响
表面活性剂随着无机盐类强电解质的加入而使CMC 值降低。
气
相
表面层 液 相
表面功：
σdS = dG σ= dG / dS σ — 比表面吉布斯函数
比表面吉布斯函数是系统单位表面积的吉布斯函数 变，即表面张力 ( 单位 N/m ) 。 表面张力就是 表面分子作用于单位长度上的收缩力。 表面张力与物质的组成、所处温度压力以及共存相
的性质有关。
2、临界胶束浓度(CMC)
其中
用于纤维工业 用于洗涤剂工业 用于其它行业 用量小，收效大。
应用特点：
“工业味精 ”
表面活性剂结构特点和分类
表面活性剂结构特点 表面活性剂分类
1、表面活性剂结构特点
表面活性剂由结构上不对称的 两部分组成， 为双亲化合物。
亲油基
亲水基
亲水基:
极性基团。 易溶于水，具有亲水性质。
常见的亲水基有羧基、磺酸基、醚基和羟基等。
CH2 CH2
CH2
R-O
O
CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 H
O
HOH
HOH
O HOH
O
O HOH
缺点: 升高温度 ，氢键断裂，水分子脱落，导致亲水性 下降而不溶于水。 浊点： 升高温度 ，表面活性剂溶液由清晰变浑浊时 的温度为浊点。 脂肪醇聚氧乙烯醚(商品名平平加)、烷基酚聚氧
(1) 定义
a 极稀溶液
b 稀溶液
d c CMC的溶液 大于 CMC的溶液
б
c
临界胶束浓度(CMC):
表面活性剂在溶液中形成胶束的最低浓度。
<CMC =CMC >CMC
以单分子方式或离子形式存在于溶液中。 再加入表面活性剂，单分子浓度不再增加，
只增加胶束的数量。
以单分子和胶束的动态平衡状态存在于溶液。
5.4 湿法冶金中的矿石浮选
5.4.1 物理吸附和化学吸附 物理吸附:以分子间作用力为主 化学吸附:以化学键力为主 物理吸附与化学吸附的区别: (1)吸附热 (2)选择性 (3)活化能 (4)可逆性
(5)吸附层
5.4.2 液气界面的吸附
图5.5起泡剂分子在液气界面的排列
(a)浓度很小；（b）浓度中等；（c）浓度很大
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。
①
肥皂
CH3(CH2)16COONa
主要成分: 硬脂酸钠
C17H35COONa
ห้องสมุดไป่ตู้
溶于水
C17H35 COO- + Na+
亲油基 亲水基
制造肥皂的反应式
CH2OOCC17H35 CH OOCC17H35 + 3NaOH CH2OOCC17H35 油脂 碱 CH2OH
磷酸酯盐
烷基醚磷酸酯 通过调节 HLB值来控制这类表面活性剂的性能。
多用作防锈剂、抗静电剂、乳化剂。 b 烷基磷酸酯
可以组成各种水溶性和油溶性的化合物，其应用
范围也各有不同。
(2) 阳离子表面活性剂
溶于水后，起表面活性作用的是阳离子。 一般，阳离子表面活性剂水溶液显 酸性。
阳离子表面活性剂绝大部分是含氮的有机化合物，
亲油基: 非极性基团。 易溶于油，具有亲油性质。
(憎水基) 一般为长链烃基。
2、表面活性剂分类
按亲水基团的结构分类
阴离子 如 肥皂、磺化油、
离
子
型
阳离子
两 性
如 烷基三甲基氯化铵
如 十二烷基氨基丙酸钠 烷基二甲基甜菜碱性
非 离 子 型
平平加、OP等
特种表面活性剂
氟碳表面活性剂、硅表面活性剂
(1) 阴离子表面活性剂
吸附量 Г＝ac1/n
5.4.6 矿物表面吸附类型
（1）与晶格同名离子的吸附,有时称“定位离子”的吸附； （2）表面上的晶格离子与溶液中的离子交换吸附；
（3）原吸附的配衡离与溶液离子的二次交换吸附；
（4）分子吸附 （5）活性吸附 （6）胶粒吸附
5.5 浮选药剂
第5 章 泡沫吸附分离
Foam Adsorption Separation
本章目的及要求： （1）了解泡沫吸附分离法的分类及其特点；
（2）搞清物理吸附与化学吸附的区别；
（3）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）了解浮选药剂的结构与性能。 重点和难点： 重点：（1）泡沫吸附分离法的原理及其特点 （2）吸附等温线；离子浮选；溶剂浮选 难点：吸附等温线及表面活性剂的结构特点与作用