纺织技术库

表面活性剂起泡和消泡作用(一) 由液体薄膜或固体薄膜隔离开的气泡聚集体称为泡沫。啤酒、香槟、肥皂水、皂角或水溶液等在搅拌下形成的泡沫称为液体泡沫；面包、蛋糕、山药汁等弹性大的物质，以及饼干、泡沫水泥、泡沫塑料、泡沫玻璃等为固体泡沫。在液体泡沫中，液体和气体的界面起着重要作用。由液体和气体形成的泡沫称为两相泡沫，当其中有固体粉末时，例如在选矿时形成的泡沫称为多相泡沫。从这些实例可以看出，只有溶液才能明显起泡，而纯液体则不能，即使压入气泡也不能形成泡沫。根据吉布斯吸附公式，在形成泡沫过程中，溶液中的溶质(表面活性剂)吸附在气-液界面上。 无论是天然泡沫，还是人工泡沫，有时有利于生产，有时则不利于生产。在选矿、肥皂工业及泡沫灭火等中，起泡和泡沫是有利的，而在烧锅炉、溶液浓缩和减压蒸馏中，起泡和泡沫是有害的。特别是现在家庭中广泛使用合成洗涤剂，起泡给下水处理带来困难。因此，起泡现象与化学工业的各种过程及日常生活密切相关，不过有时需强化起泡，有时需减弱起泡，所以必须了解泡沫稳定性机理。 在液体泡沫中各气泡相交外形成所谓拉普拉斯交界，如图1—28的P点处。根据拉普拉斯公式(Ap=2r／R)，溶液中P点的压力小于A点，故液体自发地从A向P处流动，于是液膜逐渐变薄，此过程称为泡沫排液过程，当液膜变薄到一定程度，便导致液膜破裂，泡沫破坏。所以纯液体不能形成稳定泡沫。@=================@###page###@=================@ 图一 泡沫交界 一、起泡力和泡沫稳定性 (一)起泡力 若将丁醇稀水溶液和皂角苷稀溶液分别置于试管并加以摇动，发现前者形成大量泡沫，后者形成少量泡沫，但丁醇水溶液泡沫很快消失，而皂角苷水溶液泡沫不易消失。因此不能简单地讲哪种溶液起泡力好，因为起泡和泡沫稳定两者的标准是不同的。由丁醇水溶液形成的稳定性小的泡沫，称为不稳定泡沫；由皂角苷水溶液形成的寿命长的泡沫，称为稳定泡沫。起泡力的大小是以在一定条件下，摇动或搅拌时产生的泡沫多少来评定的。 起泡性能良好的物质称为起泡剂，一些阴离子表面活性剂，如脂肪酸钠、烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠等均具有良好的起泡能力，它们都是良好的起泡剂(发泡剂)。应提起注意的是，起泡剂只是在一定条件下(搅拌、通气等)具有良好的起泡能力，而形成的泡沫不一定持久。一般地说，凡是能使液体表面张力降低、膜强度增高的起泡剂，不论生成的泡沫是否稳定，均具有较高的起泡力。形成泡沫时，液体表面积增大，因此，表面张力小有利于起泡。这只是从泡沫形成与表面张力平衡的角度来考虑问题的。外观上泡沫是静止的，但事实上并非如此，构成泡沫膜壁的液体不停地流动、蒸发、收缩，处于非平衡状态。所以，这里考虑平衡时的表面张力意义不大，必须了解表面张力随时间的变化情形。@=================@###page###@=================@ 表1列出了一些表面活性剂的起泡力。 表1.一些表面活性剂的起泡力(质量分数为0．1％，30℃) ①质量分数为0．25％。②温度为35℃③质量分数为0.5％。 由表可见，阴离子表面活性剂起泡力最大，聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂次之，脂肪酸酯型非离子表面活性剂起泡力最小。因此，肥皂、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠等阴离子表面活性剂适宜用作起泡剂。 表面活性剂的类型是决定起泡力的主要因素，而环境条件也很重要。例如，温度、水的硬度、溶液的pH值和添加剂等对起泡力都有很大的影响。 温度对非离子表面活性剂起泡力的影响不同于阴离子表面活性剂。例如，对聚氧乙烯醚型非离子表面活性剂来说，温度低于浊点时起泡力大，达到浊点时发生转折，高于浊点起泡力急剧下降。阴离子表面活性剂对温度敏感性不大，相反，有的随温度升高起泡力增大，所以在使用时不必担心。 (二)泡沫稳定性 泡沫稳定性是指生成的泡沫存在时间的长短，即泡沫的持久性或存在的寿命，也可以理解为泡沫破灭的难易程度。下面根据起泡力和泡沫稳定性的涵义来讨论泡沫稳定的机理。首先考虑不稳定泡沫。图二为在丁醇水溶液中以一定速率通入空气，所形成的泡沫高度h 图二.丁醇水溶液泡沫 与溶液浓度C的关系曲线。从图中可看出，当丁醇的浓度为零或饱和时，起泡不良，而在两者之间的区域内起泡良好，但泡沫极不稳定。这表明，泡沫是热力学上不稳定体系，之所以不稳定是由于泡沫生成后体系的总表面积增大，能量增高，它自发地向能量降低、总表面积减小的方向进行，即发生泡沫破灭。@=================@###page###@=================@ 泡沫的破灭主要是由于气体通过膜进行扩散、液膜中的液体受重力作用及膜中各点的压力不同而导致流动(排液)引起的。 在形成的泡沫中，气泡的大小通常是不均匀的，根据拉普拉斯关系式，小气泡中的压力大于大气泡中的压力，故小气泡中的气体有自动扩散至大气泡的倾向，于是小气泡逐渐变小，而大气泡逐渐变大，最终泡沫消失。 由于重力的作用，液膜中的液体自动地向下流动。在液膜排液过程中流下的液体分子较容器底部的液体分子有较大的自由能，自发过程是向自由能减小的方向进行，所以气泡不断地排液使膜壁变薄而破裂，从而导致泡沫消失。 下面讨论促使泡沫稳定的一些主要因素。 1．表面张力 如前所述，泡沫生成时体系的总表面积增大，体系的能量也相应增高；泡沫破灭时体系的总表面积减小，体系的能量也相应降低。因此可以认为，液体的表面张力是影响泡沫稳定性的因素之一。这可以从丁醇水溶液不能生成稳定泡沫的事实，及纯水的表面张力大，不能得到稳定的泡沫加以佐证。然而，单纯的表面张力这一因素并不能决定泡沫的稳定性。比如，一些有机液体，如乙醇、正乙醇等，它们的表面张力较水低得多，甚至比肥皂水溶液还要低，为什么也不易生成稳定的泡沫呢?这可做如下解释。 液体的表面张力低有利于生成泡沫，这是仅就与表面张力高的液体相对而言的，即生成泡沫时，外部对其作功相对地较少。而体系由于总表面积增大，毕竟还是不稳定的，也就是说，不能保证泡沫有较好的稳定性。只有当泡沫的表面膜有一定强度、能形成多面体的泡沫时，低表面张力才有助于泡沫稳定。根据拉普拉斯公式，液膜的交界处与平面膜之间的压力差与表面张力成正比，表面张力低，压力差小，所以排液较慢，液膜变薄也较慢，有利于泡沫稳定。 许多事实均说明，液体的表面张力不是泡沫稳定性的决定因素。比如，十二烷基硫酸钠水溶液的最低表面张力为38mN／m，一些蛋白质水溶液的表面张力较此值还要高，但它们均能生成稳定性较高的泡沫，而丁醇水溶液的表面张力为25mN／m，却不能生成稳定的泡沫。 2．表面黏度 实验和理论表明，决定泡沫稳定性的关键因素是液膜的强度，而液膜的强度取决于界面吸附膜的坚固度，可由表面黏度来度量。 当液体膜表面上吸附有表面活性剂时，由于表面膜上表面活性剂分子的存在，使表面黏度增高，阻碍膜上液体流动排出，从而使泡沫稳定。在液体中加入蛋白质或阿拉伯胶后，由于生成的泡沫液膜有较大的黏度，也能阻止液膜上液体流动排出，可见表面黏度越高，此效 应越大，泡沫越稳定。使表面黏度增高的物质很多，特别是高分子物质，如蛋白质、皂角苷、淀粉、阿拉伯胶、琼胶、合成高分子等。此外，一些表面活性剂也具有很好的增高表面黏度的能力。表2列出了三种表面活性剂水溶液的表面黏度与泡沫稳定性的关系。 表2.一些表面活性剂水溶液的表面黏度与泡沫稳定性的关系 @=================@###page###@=================@ 从表中数据可看出，表面活性剂水溶液的表面黏度越大，由其生成的泡沫的寿命也越长。表中所列十二烷基硫酸钠为含相当量十二醇的非纯品。若将十二烷基硫酸钠用石油醚或乙醚进行提纯处理后再做起泡实验，发现溶液的表面黏度显著降低，与此相应，泡沫的寿命大大缩短。若在纯十二烷基硫酸钠溶液中分别加入不同量十二醇做同样的起泡实验，含不同量十二醇的十二烷基硫酸钠溶液的表面黏度各不相同，所生成的泡沫的寿命增长情况也不同，随表面黏度增高，泡沫稳定性增大(见表3)。这种在表面活性剂溶液中加入后使泡沫稳定性显著增大的物质称为泡沫稳定剂。 表3.十二醇对十二烷基硫酸钠水溶液的表面黏度与泡沫稳定性的关系 泡沫稳定剂的作用除能增高泡沫液膜的黏度外，主要是增大液膜吸附表面活性剂分子的作用，使液膜强度增高。由于泡沫液膜的强度增大，泡沫的稳定性增大。泡沫稳定剂增大表面膜强度的机理可用下例加以说明。在月桂酸钠或十二烷基硫酸钠水溶液中加入少量十二醇或月桂酰异丙醇胺(泡沫稳定剂)后，泡沫的液膜上构成密度较大的混合吸附分子膜，混合膜中分子间的作用较强。这是因为在加入十二醇或月桂酰异丙醇胺之前，表面上吸附的表面活性剂分子的直链烷基由于极性基带有负电荷而产生排斥不能靠近；加入之后，由于十二烷的插入，表面上烷基的总数增多，密度增大；此外，两种极性基之间还可能形成氢键，这就更增大了分子间的作用，因此使表面的强度增大。 蛋白质分子较大，分子链中有很多极性键，分子间的作用较强，其水溶液形成的泡沫的稳定性很高。一般疏水基中支链较多的表面活性剂，其分子间的作用力较直链疏水基表面活性剂分子弱，故泡沫稳定性差。例如，不饱和烯烃经硫酸化后制得的烷基硫酸盐带有两条烷链，其水溶液生成的泡沫远不及正烷基硫酸盐生成的泡沫稳定。 既然表面上吸附分子间的相互作用是导致膜强度增大、泡沫稳定性增高的主要因素，那么若使用阴离子和阳离子复配型表面活性剂又当如何呢?阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂吸附于表面膜上后，正、负离子间的作用很强，表面强度变得很大，由这种复配表面活性剂水溶液生成的泡沫，其稳定性极高。下面以一实例来说明。分别由浓度为0．0075mol／L的辛基硫酸钠和辛基三甲基溴化铵溶液生成的气泡，在25℃下它们的寿命相应为19s和18s；而浓度分别为0．0075mol／L的辛基硫酸钠和辛基三甲基溴化铵溶液按l：1比例混合形成的混合表面活性剂溶液所生成的气泡，在25℃下长达26 1OOs尚未破裂，尽管此时气泡中的气体已全部扩散到泡外，气泡仍未消失。由此可见，阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂在表面膜上相互作用非常强烈，除碳氢链间的相互作用外，还有强烈的静电引力作用，从而导致气泡极为稳定。@=================@###page###@=================@ 3．溶液黏度 高黏度溶液生成的泡沫，其液膜的黏度也必然大，使泡沫稳定性提高，这是不言而喻的。其另一原因是，体相液体黏度大，液体不易流动，阻碍了液膜排液，其厚度变小的速率减慢，延缓了液膜破裂，从而使泡沫的稳定性增高。 4．表面张力的“修复”作用 当泡沫的局部液膜受到冲击(外力作用)时会变薄，同时液膜表面积增大，吸附于其上的表面活性剂分子的密度发生急剧变化，表面变薄处的密度减小，未受冲击处与受冲击的连接处密度增大(在外力作用下，表面活性剂分子向未受作用处移动导致的)。这就引起表面变薄处表面张力增大(表面自由能增大)，而表面薄厚连接处(此外，由于受外力挤压液膜亦变厚)表面张力减小(表面自由能减小)，于是体系变为非平衡状态。根据热力学观点，该非平衡体系能自发地向原平衡状态移动或形成一种新的平衡状态。表面活性剂密度大处的分子会向密度小处移动并带去一部分液体，同时由于表面薄处的表面张力大而有使表面缩小的作用，最终使表面张力复原(即吸附的表面活性剂的分子密度复原)，液膜厚度复原，液膜强度亦复原，这时泡沫表现出良好的稳定性。这种情况称为表面张力的“修复”作用。而当受冲击处，即表面活性剂的分子密度小、表面薄处的分子不足以由溶液中的表面活性剂分子吸附至该处来填补的，体系则不能达到原来未受冲击时的初始状态，即变薄的液膜不能恢复原厚度，这样的液膜强度较小，泡沫稳定性也就较低。 表面活性剂溶液的浓度适当(低于临界胶束浓度)时，表面的修复靠表面张力的作用，泡沫的稳定性较高；表面活性剂溶液的浓度过高(超过临界胶束浓度)时，表面吸附表面活性剂分子的速率较快，以第二种方式达到新的平衡状态，因此，泡沫的稳定性往往较低。一般低级醇水溶液的泡沫稳定性不高，这与醇分子自溶液中吸附于表面的速率快有关。 5．气泡内的气体通过液膜的扩散 液体生成的泡沫中气泡有大有小，根据拉普拉斯关系式，小气泡的压力高于大气泡，气体能自发地由小气泡中扩散转移人大气泡中。因此，小气泡逐渐变小直至消失，大气泡逐渐增大最终破裂。浮于液体表面上的独立气泡，其中的气体不断地透过液膜扩散到大气中，而气泡逐渐变小最终导致消失。 气泡中气体扩散透过液膜的速率(或难易)与气泡液膜的厚度、黏度、表面吸附膜的紧密程度(如表面活性剂分子在液膜上吸附的数量和排列的紧密程度)等有关。气泡液膜的厚度越小，黏度越低，表面吸附膜越松散不紧密，气泡中的气体越容易扩散透过液膜，即气体透过性越大，气泡越不稳定，越容易消失；反之，气泡的液膜厚度越大，黏度越高，表面吸附膜越紧密，气泡越稳定，寿命越长。例如，在十二烷基硫酸钠溶液中加入少量十二醇，表面吸附膜即会含有大量十二醇分子，使吸附膜中分子间力加强，分子排得更为紧密，气体透过性降低，较由十二烷基硫酸钠溶液生成的泡沫的稳定性高得多。 6．液膜电荷 如果泡沫的液膜带有电性相同的电荷，液膜的两液面相互排斥，能防止液膜变薄而破裂。以离子表面活性剂作为起泡剂，溶液中的表面活性剂分子富集于表面。如用十二烷基硫酸钠作为起泡剂，当生成泡沫时，泡沫液膜的两表面吸附一层十二烷基硫酸基，而反离子(Na+)则分散于液膜的内部(当然，液膜的内部也有表面活性剂离子)，液膜的两表面构成了表面双电层。当液膜变薄时，两表面电层的排斥力增强，防止液膜进一步变薄。显然，当泡沫的液膜厚度较大时，这种静电排斥作用不大。溶液中表面活性剂浓度过高(或电解质的浓度过高)，双电层的扩散层会被反电荷离子所压缩，；电位降低，液膜两表面的排斥作用减弱，液膜厚度变小，泡沫稳定性变差。@=================@###page###@=================@ 上述六种作用对泡沫的稳定性均有影响，而其中影响最大的是表面膜强度因素。以表面活性剂作为起泡剂时，表面活性剂分子(离子)在液膜上排列的紧密程度对液膜的强度起主要作用，表面活性剂分子(离子)在液膜上吸附得越强烈，排列得越紧密，液膜的强度越高。此外，液膜上表面活性剂分子(离子)排列得紧密还能使表面层下面邻近的溶液层中的液体不易流走，使液膜排液相对较困难，液膜不易变薄。另外，液膜的强度高、吸附分子排列紧密，还能减缓泡内气体透过液膜，使泡沫的稳定性增高。 因此，为获得稳定性高的泡沫，或破坏不需要的无益泡沫，应首先考虑构成表面膜物质(表面活性剂，即起泡剂和助泡剂)的分子结构、性质，分析它是否在液膜上有利于形成目的表面膜。对于具体情况必须深入分析，采取最适宜的措施。 二、抑泡和消泡 在许多情况下，起泡和泡沫会给工业生产、日用生活带来很多麻烦。例如在微生物工业、发酵酿造工业中，以及减压蒸馏、溶液浓缩、烧锅炉、机械洗涤等中，起泡和泡沫是有弊的。因此，必须防止泡沫，防止泡沫可采取抑泡法和消泡法。 （一)抑泡法 抑泡法是采用抑泡剂防止泡沫产生的方法。目前还没有有效的、普遍通用的抑泡剂，对各种不同情况必须具体分析，采用适宜的抑泡剂才能达到满意的抑泡效果。 一般采用表面活性剂作为抑泡剂。具有良好抑泡效果的表面活性剂应具有如下的性质：它们在溶液表面不形成紧密的吸附膜，形成膜的表面弹性不会过高或过低，吸附分子的分子间力小。据此，带短聚氧乙烯链的非离子表面活性剂和聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段型非离子表面活性剂均具有良好的抑泡性能，为常用的抑泡剂。 抑泡剂的选择一般是通过实验衡量其抑泡效果来取舍的。主要有两种方法：第一种是动态发泡法，该法系由ASTM(American Society for Testing and Materials，美国材料试验学会)制定的检验润滑油泡沫的方法演变而来的，适用于检验低黏度介质中易分散的抑泡剂效率；另一种是塞尔维森(Si1verson)法，该法是用一个高转速的泵送混合装置，进行抑泡剂效率试验，适用检验高黏度的抑泡剂。 合成脂肪酸、合成脂肪酰胺、硬脂酸聚氧乙烯酯、Stearox-61-85％硬脂酸聚氧乙烯(6)酯、5％异辛基酚聚氧乙烯(7)醚和l0％鲸蜡醇聚氧乙烯(20)醚的复配物]均可用作加异辛基酚聚氧乙烯(10)醚处理的黏土分散液的抑泡剂。 合成脂肪酸可用作钻探、灭火用的非离子型泡沫剂UFE。(用煤焦油制得的非烷基化苯酚与8tool环氧乙烷的加成物)的抑泡剂。 有机聚硅氧烷化合物的乳液可用作加异辛基酚聚氧乙烯(10)醚的漂白液的抑泡剂。 聚乙二醇的两端接上疏水基的非离子表面活性剂具有良好的抑泡性能，它在泡沫的液膜上能防止表面活性剂分子垂直排列、密集吸附，使分子间的氢键减少；液膜强度显著降低，变得极易破裂。 (二)消泡法 配制表面活性剂溶液时，将表面活性剂置于容量瓶内，然后加水溶解，产生的泡沫超过标线后还要加一定体积的水，为配得准确浓度的溶液需采取消泡措施。方法有空气压力消泡和用赤热白金丝插入容量瓶消泡，此外还可以添加试剂消泡。从理论上讲，消除泡沫的稳定因素即可达到消泡目的。@=================@###page###@=================@ 下面讨论在皂角苷水溶液的泡沫中加入丁醇和硅油时发生变化的情形。在皂角苷水溶液泡沫中加入丁醇，泡沫明显破坏。因此，丁醇对稳定的泡沫具有破坏作用，一般低级醇均具有这种消泡作用。然而，添加丁醇的皂角苷水溶液的起泡力无明显减小，这表明醇的破泡能力强，抑泡能力弱。与此相反，硅油对皂角苷泡沫没有破泡能力，却有很强的抑泡能力。具有破泡能力的物质称为破泡剂。一般具有破泡能力的液体，其表面张力都较低，且易于吸附、铺展于液膜上，使液膜的局部表面张力降低，同时带走液膜下层邻近液体，导致液膜变薄、泡沫破裂。所以，破泡剂在液面上铺展得越快，液膜变得越薄，破泡能力越强。有效的消泡剂既要能迅速破泡，又要能在相当长的时间内防止泡沫生成。有些消泡剂在加入溶液后，经一段时间便会丧失消泡能力，其原因可能是溶液中起泡剂的浓度大于cmc，加入的消泡剂被起泡剂胶束所增溶，以致不能在液膜上铺展，使消泡能力显著下降。一般地说，开始加入消泡剂时，在液膜上的铺展速率大于胶束的增溶速率，表现出良好的消泡效果，经一段时间后，随着消泡剂被增溶，消泡能力减弱。 实际应用的消泡剂种类很多，常见的如表4所列。在实际消泡工作中，除采用表中所列的消泡剂外，还可采用超声波使泡沫液从泡沫上部流下，也可采取与冷空气或热金属接触，以及急剧减压等手段来消泡。在防止泡沫产生的实际工作中，可将容器内壁作成凸凹状，调节容器壁面液体的润湿性能，以及添加消泡剂等方法来实现消泡作用。 表4.消泡剂的种类 醇类消泡剂因只有暂时破泡性能，故在工业生产中只当泡沫增加时用它喷淋，以消除泡沫，但它并不是很好的消泡剂，它们常用于制糖、造纸、印染等工业中。 硅树脂系消泡剂具有良好的破泡能力和抑泡能力。有机硅树脂本身就有消泡能力，不过在水中使用时需将其分散开来，所用的分散剂有表面活性剂和碳酸钙无机粉末等。这种消泡剂可广泛用于纤维、涂料、发酵等各工业部门，但其价格较高，需设法降低生产成本。 矿物油系消泡剂是最廉价的消泡剂。为发挥其最大的消泡效果，常配合使用表面活性剂使其分散成适当大小的颗粒，也有配合使用不溶于水的金属皂的。矿物油系消泡剂虽然价格低廉，但其性能不如硅树脂系消泡剂。这种消泡剂广泛用于造纸工业。@=================@###page###@=================@ 有机极性化合物系消泡剂的消泡能力大多处于硅树脂和矿物油之间，价格也在两者之间。这类消泡剂广泛用于纤维、涂料、金属、无机药品及发酵等工业。某些多元醇脂肪酸酯型消泡剂可用作食品添加剂，故对食品制造和食品发酵工业十分有用。表5为有机极性化合物系消泡剂的消泡效果实例。 表5.有机极性化合物系消泡剂(卡那林DF)的消泡效果(Ross miles泡沫测定法，30℃) 三、起泡和消泡的应用 在实际生产中会遇到各种各样的泡沫问题，下面就有关起泡和消泡中主要应用的基本理论加以简要介绍，其中有的问题将在后面的章节中进行详细讨论。 (一)起泡的应用 1．泡沫浮选 泡沫浮选是利用泡沫将矿石中有用成分与泥砂、黏土等物分离，使有用矿物富集。例如，将矿石粉碎成细粉末，加水搅拌并吹入空气，于是产生气泡，有用的矿物粒子黏附于气泡而浮于矿浆表面，可以收集起来，其他成分则沉于底部舍弃。 大多数天然矿物表面是亲水的，易被水润湿，必须加入某种试剂使其表面疏水，才能使矿物细粒附着于空气泡沫上漂浮，这种试剂称为捕收剂。除了捕收剂，浮选还要使用起泡剂，其作用是使矿浆形成泡沫，以进行浮选分离。此外，有时还需要加入pH调节剂、抑制剂等，以达到对混合矿物进行选择性浮选的目的。浮选常用的起泡剂有松油、萜品醇等中等相对分子质量的醇类，以及樟脑油等。它们的价格较便宜且易得。 捕收剂分阴离子捕收剂和阳离子捕收剂。阴离子捕收剂又分为硫氢化合物和氧氢化合物。硫氢化合物有黄原酸盐(二硫代碳酸盐，)、二硫代氨基甲酸盐．二硫代磷酸盐[(RO)。PSSM]、巯基苯并噻唑，氧氢化合物有羧酸盐、烃基硫酸盐和烃基磺酸盐等。阳离子捕收剂主要是胺类。硫氢化合物捕收剂适用于金属硫化矿的浮选，主要使用黄原酸盐和二烃基二硫代磷酸盐。硫氢化合物以外的捕收剂适用于氧化矿物、碳酸盐矿物的浮选，通常使用碳氢链长的捕收剂。@=================@###page###@=================@ 2．泡沫分离 如前所述，泡沫的液膜能从溶液中吸附溶质。例如，在分析啤酒泡沫破灭后的液体时发现，液膜中的蛋白质、蛇麻草(加在啤酒中的芳香料)和铁等的浓度较原液为大。又如，肥皂液泡沫中脂肪酸盐的浓度较原液高。一般地说，在溶有某种表面活性剂的溶液泡沫中，该表面活性剂的浓度高于原液中的浓度。因此，可借这种现象浓缩和分离溶质，这种方法称为泡沫分离。泡沫分离不同于矿物浮选：矿物浮选是多相泡沫，而泡沫分离为二相泡沫；矿物浮选是根据固体粉末的润湿性不同来进行分离的，而泡沫分离是借助于溶质吸附进行分离的。在泡沫分离时，如果溶液中仅含有一种溶质，那么该溶质即作为表面活性剂吸附在泡沫壁膜上而使泡沫稳定，这时溶质在泡沫中被浓缩。因此，泡沫分离可用于气-液界面上吸附量的测定和泡沫分离基础理论的研究上。当溶液内含有两种以上的溶质时，即使其中一种含量少，如果它是表面活性剂，即可吸附于泡沫上使泡沫稳定，泡沫液和残液中该组分的成分比发生变化，使组分得到分离。泡沫分离是指待分离体系中含有两种以上具有表面活性的物质，由于表面活性的不同，利用泡沫液可以将表面活性物质分离开来。从原液中分离出杂质的过程叫做精制(提纯)。一般的表面活性剂水溶液中往往混入微量杂质，通常均采用这种精制方法进行处理。例如，商品十二烷基硫酸钠中含有少量十二醇和无机盐杂质，无机盐可以通过在有机溶剂中重结晶除去，十二醇则通过泡沫分离法除去。十二醇较十二烷基硫酸钠强烈地吸附在泡沫上，不断除去泡沫，剩余液即为相当纯净的十二烷基硫酸钠水溶液。又如，砂糖原液中含有表面活性物质时，砂糖不易结晶，如经过泡沫分离，即可使砂糖易于结晶。在泡沫分离法中可采用通气或摇动的方法形成泡沫。通气法是使气体通过半熔状玻璃或金属多孔板，然后通入液体内。通气速度要适宜，可根据金属多孔板的孔径大小和孔数加以调节。此外，影响泡沫状态的因素还有溶液的浓度、液量、温度和容器的大小等。 泡沫分离所使用的气体绝不可与溶质起作用，即气体对溶质应是惰性的。常用的气体有氮气、氧气、空气、二氧化碳，其中以氮气为最好。 在泡沫分离实际操作中，为获得较好的效果，常常都是将泡沫液作为原液进行反复泡沫分离。 泡沫分离与化学分离法相似，可用来测定各组分的浓度。 3．泡沫灭火 泡沫作用的另一重要应用是泡沫灭火。泡沫灭火的使用剂称为泡沫灭火剂。其灭火的机理是，它能产生大量的泡沫，借助于泡沫中所含水分的冷却效果达到灭火的目的，或者在燃烧体表面覆盖上泡沫层、胶束膜或凝胶层，将燃烧体屏蔽隔离起来，不与氧接触，从而达到灭火目的。 对于木材、原棉等固体物质的火灾，由于表面活性剂渗透和润湿作用，使水易于渗入燃料体内部而起到阻止火继续燃烧的作用。对于油类等液体物质的火灾，由于表面活性剂能加速油的乳化或凝胶化，以及灭火剂迅速在燃料油的表面上铺展开来，形成隔离膜，从而起到灭火作用。泡沫灭火剂生成的泡沫是由泡沫灭火剂中高起泡能力的表面活性剂的作用形成的。为了提高生成泡沫的稳定性，可在泡沫灭火剂中添加月桂醇、乙醇胺等氨基醇及羧甲基纤维素等水溶性高分子化合物——稳泡剂。对于用海水或硬水配制灭火剂时，应使用高起泡性和耐硬水的表面活性剂，有时也并用乙二胺四乙酸螯合剂。这种泡沫灭火剂一般是以泡沫原液储存，用于灭火时，按体积分数3％或6％比例与水混合，通过特制的发泡装置产生泡沫。按生成泡沫的膨胀率，泡沫灭火剂分为低泡型(膨胀率为3～20倍)和高泡型(膨胀率为1000倍以下)。蛋白质泡沫灭火剂是低泡型的，主要用于石油类火灾的消防；合成表面活性剂泡沫灭火剂为低、高泡型的，适用于石油类、气体燃料、固体燃料火灾的消防；氟表面活性剂泡沫灭火剂是低泡型的，适用于石油类火灾的消防；水溶性液体(醇、酮等)火灾用泡沫灭火剂为低泡型的，适用于水溶性液体火灾的消防；化学泡沫灭火剂属于低泡型的，适用于石油、固体燃料火灾的消防。@=================@###page###@=================@ (1)蛋白质泡沫灭火剂国外大型储油罐场所用的固定泡沫灭火器配置的灭火剂，其主要原料为天然蛋白质。天然蛋白质的主要原料为动物(牛、马)蹄、角的粉末，近些年来还利用甲醇蛋白质和酵母蛋白质等微生物蛋白质。其制法是，将这些原料用碱(氢氧化钠或氢氧化钙)在100℃左右加水分解数小时，然后加盐酸、硫酸或有机酸进行中和，加压过滤，再加百分之几的亚铁盐(如硫酸亚铁、氯化亚铁)和苯甲酸等防腐剂、乙二醇等防冻剂即得原液。该制品为黑褐色的黏稠液体，pH值为6～7．5，相对密度约为1．2，在20℃时表面张力为43mN／m左右，其水溶液的表面张力约为55mN／m，起泡力约为20cm(在20℃的罗斯一迈尔斯值)。动物蹄、角蛋白质的加水分解产物虽然具有优良的起泡能力，但稳定性较差，不能直接用作灭火剂，添加亚铁盐能提高耐热性、泡沫稳定性和高温耐油性，与不加铁盐比较，易生成沉淀和老化。人们对角蛋白质加水分解的产物中起泡的组分研究得还不多，其分子结构尚不十分清楚，很可能是相对分子质量为5000～20000的高起泡性的多肽。这种多肽的分子中含有大量的-COOH、--NH₂、-CONH₂基团，是两性表面活性剂，与两价铁形成的铁盐是消防石油类火灾的有效成分。虽然这种加铁盐后生成的多肽盐易发生沉淀和老化，但能在高温的油-水界面上形成稳定的分子膜，生成的泡沫极为稳定且又耐热，故灭火性能极为优良。