| 单词 | 气浮分离技术 |
| 释义 | 【气浮分离技术】 气泡吸附分离简称气浮分离，是采用某种方式使水中产生大量的微小气泡，并在一定的条件下使呈表面活性的待分离物质(离子、分子、胶体、固体颗粒等)，吸附或粘附在气泡的表面，随着气泡上升到液面形成泡沫形式的气浮分离物，这样待分离的物质便被分离富集在泡沫消失后的小体积溶液中。它可用于水中固体与固体、固体与液体、液体与液体乃至溶质中离子的分离。事实上作为一种快速的分离技术已成功地广泛应用于给水净化，尤其是过去认为较难解决的低温低浊度水的净化，以及城市生活污水和各种工业废水的处理。此外，这种分离技术，由于其装置简单，能迅速简便地处理大量试样，富集倍数高，易于实现连续化和自动化，已成为分析化学中水溶液痕量组分分离富集的有效手段之一，还可以利用有关原理来研究络合物的组成和溶液中离子存在的状态。因而，这种分离技术理论和应用的研究，近年来已引起越来越多水处理和分析化学等有关科学工作者的重视。气浮分离方法有很多种，但研究得最为深入且已广泛应用的是沉淀气浮法，而在分析化学中较常应用的有离子气浮和溶剂气浮。 在沉淀气浮率先进行较系统研究的是以D．J．Wilson为首的一批学者。他们首先依据Gouy-Chapman双电层理论，推导出固／液之间的反应自由能及泡沫与固液界面膜之间存在电渗现象和流动电位；研究了影响沉淀气浮动力学及平衡因素，认为是受边界层动力学传输过程控制；导出了库仑作用力的统计模式，计算了吸附等温线的因素；又提出了非库仑力模式的吸附等温线，认为大多数与Langmuir吸附等温线相符；用平板电容模式计算胶体表面电位及颗粒带电大小，以反映金属离子的回收率及用非理想的Poison-Boltzamm数理统计模型，来完善表面活性剂在固／液界面吸附等温线的计算。计算结果表明：存在邻位的库仑力显著地影响半胶束的形成，从而影响表面活性剂吸附颗粒的憎水化，使之不易与气泡粘附。对这一粘附力的大小，他们从表面化学和流体力学的角度，建立了比Currin等人更简单的计算模式。他们还研究了2组分竞争吸附关系及对气浮的影响，并运用先进的测试手段，如准弹性散射、核磁共振波谱、稳态荧光熄灭技术等研究胶体结构、增溶效应等。通过测量质子的纵向松弛时间，来观察表面活性剂离子在颗粒上的定向吸附。他们系列研究的特点是善于运用数学模型，用新型的计算机模拟处理。离子气浮法近几年亦由具体气浮的物理化学条件，深入发展到气浮机理的研究，其中离子对和表面活性剂之间作用的机理及影响因素研究较多，气泡膜表面化学物理性质对气浮的影响和动力学的研究亦已引起人们的注意。D．S．Lychmikov研究了杂多酸与酸性染料离子缔合物气浮的机理。A．E．Cherkasov研究了Cu、Zn、Ni等离子气浮过程吸附／粘附的机理和离子气浮的动力学。T．Kolarov观察了泡沫膜电荷和电位与膜厚度的关系。A．V．Listorichii研究了气浮过程表面活性剂的动态吸附层吸附对界面膜稳定化的作用。L．D．Skrylev用杂凝聚理论解释电解质对月桂酸捕集汞进行气浮时的影响。B．E．Chistyakov研究了泡沫形成与基本性质、泡沫形成过程的特征参数泡沫分散速率(Wpc)、不同类型表面活性剂和电解质浓度对气泡相对分散速率的影响。水膜吸附表面活性剂后变得稳定，H．J．Mealier认为是由于吸附层产生特殊的斥力，克服界面间的范德华力，通过测量泡沫膜(十二烷基聚乙二醇醚)的厚度表明这种斥力不是简单地由吸附层空间相互作用，而是因较长距离的水合力引起。对于控制气泡大小的有效方法，A．B．Golovanchikov提出让空气离子化，使空气产生类似带电的离子。R．B．Grieves等确立在上升气泡表面，非表面活性待分离物——表面活性剂平衡离子交换模式的含义，发现在水溶液中碱金属阳离子的气浮选择性顺序与它们的绝对偏摩尔熵顺序相似。B．K．Pietrenko等对Ct(Ⅲ)离子及其氢氧化物沉淀气浮动力学研究发现，在所研究的参数范围内，可以用一阶速率方程描述。溶剂气浮最早是由F．Sebba提出的，其含义为“预处理产生的不溶物，被上升气泡带至水面，溶于(或悬浮于)水面上与水不混溶的液层，或存在于两相界面之间的一种气浮分离方法”。由于该法起初只是作为离子气浮的补充，近十年才逐步为人们所重视。较早时，R．B．Grieves等人用溶剂萃取、溶剂气浮和泡沫分级分别试验分离碱性稀液中的酚，认为溶剂气浮的机理是泡沫分级和溶剂萃取的耦合。溶剂气浮优点在于有机溶剂在水相中非平衡溶解，溶解度较低，两相体积比要求也较低。K．T．Valsaraj等用溶剂萃取和溶剂气浮从酸性试液(木材加工废水)中回收五氯苯酚，回收率达99．7%，他们认为溶剂中气浮优点是有机溶剂与水具有最小的相接触。关于溶剂气浮的模式，较早提出的有J．Stachurskj等，他们研究了Tm和Am从柠檬酸盐水溶液溶剂中气浮，据此提出了随机模式。此模式考虑了离子在气泡上升到有机相的过程中，离子在气泡上的吸附和解吸作用，随机模式的理论预测与实验结果很吻合。以D．J．Wilson为代表的一批学者提出挥发性有机物及分子、离子、三元离子络合物等非挥发溶质的溶剂气浮数学模式。他们把气浮柱纵向分为N层塔板，假设每层塔板中溶质在液体、表面和蒸气相的分配达到局部平衡，在有机相里气／液达到平衡，用预测－校正的快速算法得到解并在XDS-Sigma7计算机上，得到在选定参数下回收率和各种因素之间关系的图形，用实验验正，在所选用的化合物内两者符合得很好。溶剂气浮法到目前为止，主要还只是用于分析化学中水溶液痕量组分的分离和富集，要实现工业规模应用还要走一大段距离，还有很多理论和工艺技术问题需要研究解决。中国直到80年代才开始研究，朱锡海、徐其亨、洪水皆等纷纷先后著文介绍气浮分离技术的基本原理、仪器设备，并指出其应用前景等。近年来在中国有关这个领域的理论和应用研究很活跃。如朱龙等研究了布气板分散气体气浮(散气泡泡沫浮选)中表面活性剂(气浮剂)最大加入量的计算。菇增琪等较为系统地试验筛选气浮法处理重金属废水所用的起泡剂。於兵等对十二烷基苯磺酸钠泡沫分级气浮过程作了一些基础研究，探讨了各种操作参数对分离效果的影响。单忠键等从“分离压”的基本原理出发，通过气泡／絮粒间残留水化层性能的测定计算，探讨了气泡与絮粒时，液膜薄化的物理因素和化学因素，研究了气泡／絮粒粘附过程的机理，得出了几点有关信息。朱锡海等探讨了重金属氢氧化物沉淀气浮过程，其影响气浮效率的主要因素以及其相应的变化规律；发现表观活化能可作为衡量沉淀气浮过程分离效率的一个重要表征参数，它比一般的速率常数更直观，涵义更深，更能揭示沉淀气浮分离过程的内在规律。这些理论研究成果，均建立在可靠而坚实的实验数据基础上，这在国外同类的研究中也是不多见的。此外，何星存等、杨丙雨等综合评述了溶剂气浮法在贵金属分离富集及分析应用的发展概况；葛勇德对吸附胶体气浮法处理重金属离子废水，及用沉淀气浮法去除重金属离子的研究现状作了综述。气浮净水工业设备的研究，中国从70年代后期便积极开展。在加压溶气气浮工艺及设备方面，同济大学率先于1978年研制成功“TS－78”型低压溶气释放器而荣获国家科技发明奖。朱锡海研制成功高效无毒的LC-Ⅰ型气浮剂及其相应的气浮设备；他与区朝晖等的电影胶片冲洗水中银的提取方法及装置获发明专利；最近又与郭金基、孔宪祥等研制成功旋流一充气气浮装置，其气浮速率比一般常规压力溶气设备高10多倍，能耗减少约30%。研究的热点有：简化及明确气浮分类方法并赋予合理的名称；全面深入开展基础理论研究；对溶剂气浮作系统深入的理论和应用研究；应用于海洋资源开发利用的研究。(中山大学朱锡海、任欣、陈卫国撰) |
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