泡沫.ppt

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第七章泡沫（foam）7.1泡沫的形成与结构7.2泡沫的稳定性与泡沫的应用7.3消泡（antifoaming）Flotation（review:

Refs.296,297）isamethodtoseparatevariouskindsofsolidparticlesfromeachother.Itisofenormousimportancetotheminingindustrywhereitisusedforlarge-scaleprocessingofcrushedores.Thedesiredmineralisseparatedfromthegangueornon-mineralcontainingmaterial.Originallytheprocedurewasappliedonlytosomesulfidesandoxides（ironoxides,rutile,quartz）.Meanwhilemanymineralssuchasgold,borax,pyrite,phosphateminerals,fluorite,calcite,andapatiteareseparatedbyflotation.Anotherlargeapplicationistheremovalofunwantedmaterialforwaterpurificationandtocleanindustrialwasteproducts.Thede-inkingofpaperisbasedonaverysimilarprocess.7.1泡沫的形成与结构泡沫是一种气体在液体中的分散体系，气体成为许多气泡被连续相的液体分隔开来。

气体是分散相，液体是分散介质。

纯净的水不易起泡，无论你如何搅动和振荡，只能产生单泡，而不会产生泡沫，纯水产生的泡其寿命大约在0.5秒以内。

（1）什么是泡沫泡沫不只局限于水溶液体系，也存在于非水溶液体系。

（2）泡沫形成的条件a.气液接触：

只有当气体与液体连续充分地接触时才有可能产生泡沫。

这是泡沫产生的必要条件。

b.起泡速度高于破泡速度，也即使气液界面的界面能降低。

对于a可以换种说法，即对体系做功，使气液充分接触。

（3）泡沫的结构plateau交界当有三个或更多气泡在一起时，气泡与气泡之间的形成plateau交界，也称为Gibbs三角。

由Laplace公式，可以知道P处的压力小于A处的压力，所以液体会自动地从A处流至P处，结果是液膜逐渐变薄，这是泡沫主要的排液过程。

7.2泡沫的稳定性与泡沫的应用7.2.1影响泡沫稳定性的因素

（1）表面张力

（2）表面粘度（3）液体粘度（4）表面张力的“修复”作用（5）气体通过液膜的扩散（气体透过性）（6）表面电荷的影响决定泡沫稳定性的关键因素是液膜的强度。

（1）表面张力的影响：

丁醇等烷基醇类水溶液的表面张力可达25mN/m，而十二烷基硫酸钠的约为38mN/m，但后者的泡沫性能优于前者。

所以，液体的表面张力不是泡沫稳定性的决定因素。

客观事实的描述：

纯水不易产生泡沫，加入少量肥皂或洗衣粉后，即可产生丰富的泡沫。

纯有机液体如乙醇、庚烷、苯及四氯化碳等，其表面张力比纯水低许多，且接近肥皂水溶液的表面张力，但也不易产生泡沫。

（2）表面粘度：

表面粘度是指液体表面单分子层内的粘度。

它通常由两亲分子（如表面活性分子）在表面上所构成的单分子层产生的。

表面粘度可用来度量液膜强度的大小，表面粘度越高，液膜强度越大，泡沫越稳定。

一些商品表面活性剂溶液（一些商品表面活性剂溶液（0.1%）的表面粘度、表面张力和泡沫寿命）的表面粘度、表面张力和泡沫寿命Santomerse3是十二烷基苯磺酸钠，是十二烷基苯磺酸钠，E607L是月桂酰羟乙基酯毗啶氯化物，是月桂酰羟乙基酯毗啶氯化物，TX-100是辛基酚聚氧乙烯醚（是辛基酚聚氧乙烯醚（10）十二醇对十二烷基硫酸钠（纯）水溶液的表面粘度及泡沫寿命的影响十二醇对十二烷基硫酸钠（纯）水溶液的表面粘度及泡沫寿命的影响例如，一般蛋白质分子较大，分子间作用较强（特别是分子间可形成大量氢键，相互作用非常强烈），所以其水溶液所形成的泡沫具有较好的稳定性。

同样，将少量十二醇或月桂酰异丙醇胺加入月桂酸钠或十二烷基硫酸钠水溶液中，会使泡沫形成混合膜，其强度增大，泡沫稳定性好从表中的数据可以看出，表面粘度越大，泡沫越稳定，这是因为表面粘度越大，液膜的强度越大。

表面膜强度与表面吸附分子间的相互作用有关，相互作用大，则强度大。

0.0075mol/kg1:

1C8H17NMe3Br-C8H17SO4Na混合溶液表面上的气泡寿命长达26100s仍不破裂（3）液体粘度：

液体本身粘度较大，则液膜中液体不易排出，液膜厚度变小的速度较慢，因而延缓了液膜破裂时间，增加了液膜的稳定性但应注意，液体本体粘度是泡沫稳定的辅助因素，若没有表面膜的形成，溶液本体粘度再大，也无助于泡沫稳定性的提高。

（4）表面张力的“修复”作用：

表面张力的“修复”作用是指当液膜局部受力而伸展、变薄时，吸附于液膜上的表面活性剂分子通过在液膜上的迁移，使液膜厚度复原和表面张力复原的过程。

又称为吉布斯-马兰各尼效应（Gibbs-Marangoni效应）。

对于表面张力的“修复”作用应考虑两种不同的过程，一种是上述的自低表面张力区域迁移表面吸附分子至高表面张力区域的过程；另一种则为溶液中的表面活性剂分子吸附至表面的过程。

后一过程若吸附较快，则仅能恢复受冲击液膜处的表面张力及表面吸附分子的密度，但不能使液膜的厚度恢复，所以此时液膜的强度仍然较差，容易破裂。

例如，一般醇类水溶液的泡沫稳定性不高，即与醇自溶液中吸附于表面的速度较快有一定的关系；而表面活性剂的浓溶液，其泡沫的稳定性较差，也与表面吸附速度较快有一定关系。

（5）气体通过液膜的扩散（气体透过性）气体的透过性，是指气泡中的气体通过液膜扩散至空气中或者邻近的较大气泡中的过程。

比较常见的是浮于液面的单个气泡会随时间逐渐变小以至最后消失。

一般可利用液面上气泡半径随时间变化的速率来衡量气体透过性。

从一些实验事实可以看到，表面膜吸附分子排列越紧密，则气体越难透过；表面粘度越高，则气体越难透过。

月桂醇月桂醇（C12H25OH）对对0.1%C12H25SO4Na溶液气泡气体透过性的影响溶液气泡气体透过性的影响（6）表面电荷的影响液膜中离子型表面活性剂双电层示意图液膜中离子型表面活性剂双电层示意图离子型表面活性剂作为起泡剂时，表面活性离子富集于液膜表面，组成了表面双电层。

当液膜变薄至一定程度时，两个双电层发生重叠，产生静电斥力，有利于液膜保持一定的厚度，所以对泡沫的稳定性有利。

液膜表面带有电荷，有利于液膜保持一定的厚度，从而有利于泡沫稳定。

思考题：

离子型表面活性剂作为起泡剂时，溶液中加入无机盐强电解质，会对泡沫稳定性有怎样的影响？

小结：

从以上的讨论可以看出，影响泡沫稳定性的因素很多，但最重要的因素是表面膜的强度。

当表面活性剂作为起泡剂及稳泡剂时，表面吸附分子排列的紧密程度是决定表面膜强度的主要因素。

排列紧密，则相互作用强，使表面膜强度大，而且使表面吸附层下面邻近的溶液不易流动，排液相对困难，液膜厚度容易保持，所以有较高的泡沫稳定性。

therelationofsurfactantchemicalstructuretofoaminginaqueoussolutionefficiencyeffectivenesscmcconcentrationsurfacetensionefficiency（效率）effectiveness（能力）FoamheightgenerallyincreaseswithincreaseinsurfactantconcentrationbelowthecriticalmicelleconcentrationuntiltheneighborhoodoftheCMCisreached,inwhichregionfoamheightreachesamaximumvalueorincreasesslowlytoamaximumvaluesomewhatabovetheCMC.Thus,theCMCofasurfactantisagoodmeasureofitsefficiencyasafoamingagent;thelowertheCMC,themoreefficientthesurfactantasafoamer.EfficiencyasafoamingagentEffectivenessasafoamingagentTheeffectivenessofasurfactantasafoamingagentappearstodependonbothitseffectivenessinreducingthesurfacetensionofthefoamingsolutionandonthemagnitudeofitsintermolecularcohesiveforces.Branched-chainsurfactantsandthosecontainingcentrallylocatedhydrophilicgroups,whicharebelievedtoduffuserapidlytotheinterface,wouldbeexpectedtoproducehighervolumesofinitialfoam.Tooshortachainprobablyproducesinsufficientcohesiveness,whereastoogreatalengthproducestoomuchrigidityforgoodfilmelasticity（ortoolowasolubilityinwater）.a.起泡力：

是指泡沫形成的难易程度和生成泡沫量的多少。

b.泡沫稳定性：

是指生成泡沫的持久性，即泡沫存在寿命的长短。

通常以初始泡沫高度和5min后泡沫高度来衡量表面活性剂的泡沫性能。

7.2.2表面活性剂的泡沫性能：

表面活性剂泡沫性能的一般规律：

a.阴离子型表面活性剂的泡沫性能优于非离子表面活性剂。

b.支链或亲水基在中间（憎水基中部）的，起泡力好，但泡沫稳定性较同碳直链surfactant差。

c.一般碳原子数为12或14时，表面活性剂具有较好的泡沫力。

d.阳离子表面活性剂的起泡力和泡沫稳定性一般都较差。

用作起泡剂的表面活性剂主要有脂肪酸盐、烷基硫酸酯盐、烷基芳基磺酸盐以及少量非离子、阳离子表面活性剂。

提高泡沫稳定性的稳泡剂：

此外，十二醇、硬脂酸铵也可以延长泡沫破裂的时间；也可以加入增稠剂来提高泡沫的稳定性。

7.2.3泡沫的应用

（1）泡沫浮选

（2）离子浮选（3）泡沫分离法泡沫分离表面活性离子在气/液界面上吸附，形成定向离子层，疏水链朝向气相，此离子层对相反电荷的离子（所谓反离子）有电性引力；反离子种类不同，其吸引力也不同。

利用这种性质，将溶液中某些离子性的物质随所形成的泡沫分离出来的方法，叫做离子浮选法。

对于含有少量金、银化合物（KAuCl4及AgNO3）的溶液，如加入少量阳离子表面活性剂C16H33N（C2H5）2HCl，使之形成泡沫，经分离后发现泡沫中金与银的比例较溶液中大得多。

有这样的数据可以说明离子浮选的特点：

若溶液中AuCl4-及Ag+浓度皆为110-6mol/L，即AuCl4-/Ag+=1，加入上述阳离子表面活性剂，其浓度为210-4mol/L，经起泡浮选后，得泡沫中Au