摘 要：文章對(duì)泡沫分離法去除水溶液中SO42-離子和Cu2+離子進(jìn)行了研究，并以此為基礎(chǔ)對(duì)氫型陰離子含有的表面活性劑C12H25（C6H4）SO4、羥型陽(yáng)離子含有的表面活性劑C16H29（CH3）OHNH4去除廢水中微量的CuSO4為研究體系，研究泡沫分離法除廢水中陽(yáng)離子和陰離子的工藝，為脫鹽的新興工藝提供進(jìn)一步的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：泡沫分離；水溶液；除去硫酸銅

泡沫分離就是將表面吸附的原理作為根本理論，通過(guò)通氣鼓泡在液相中產(chǎn)生氣泡，將產(chǎn)生的氣泡作為載體，對(duì)液相中的顆粒和溶質(zhì)進(jìn)行分離，也叫做泡沫吸附分離。泡沫分離法具有能耗低、設(shè)備簡(jiǎn)單以及污染較低而愈發(fā)受到人們的關(guān)注。

1 泡沫分離法

泡沫分離法能夠?qū)U水中的Cu、Zn、Cr、Cd等金屬離子以及BF4-（四氟硼酸根）等酸根離子進(jìn)行有效的分離，并實(shí)行去除，然而，在其去除的過(guò)程中也將新的陰離子和陽(yáng)離子引入到體系當(dāng)中，如何在有效去除廢水中離子的過(guò)程中避免將新的離子引入，成為了當(dāng)前需要研究的問(wèn)題。分離中的脫鹽就是對(duì)溶液中鹽類離子成分中的酸根離子和金屬離子進(jìn)行去除，所以在使用泡沫分離法時(shí)，氫型陰離子對(duì)溶液中的陽(yáng)離子（金屬離子）能夠通過(guò)其表面活性劑與氫離子產(chǎn)生交換，羥型陽(yáng)離子對(duì)溶液中的陰離子（酸根離子）能夠通過(guò)其表面活性劑與氫氧根離子產(chǎn)生交換。泡沫分離法的使用，在消泡液中，陰陽(yáng)離子能夠進(jìn)行濃縮，溶液中剩余的氫氧根離子和氫離子能夠進(jìn)行化合反應(yīng)生成水，進(jìn)而完成脫鹽。

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2.1 實(shí)驗(yàn)試劑

純度大于99.0%的無(wú)水硫酸銅，無(wú)錫市亞泰聯(lián)合化工有限公司；濃度為95%的乙醇，開(kāi)封中天化工有限公司；C12H25（C6H4）SO4，化學(xué)純，濟(jì)南林?；び邢薰荆籆16H29（CH3）OHNH4，化學(xué)純，北京易萊西諾生物科技有限公司。

2.2 設(shè)備與儀器

分光光度計(jì)（可見(jiàn)光-752紫外、可見(jiàn)光-紫外、熒光），精密pH計(jì)（PHS-3C型），轉(zhuǎn)子流量計(jì)，空氣壓縮機(jī)（電磁式AC0-318）。

2.3 操作步驟

實(shí)驗(yàn)溫度為25℃左右的常溫，實(shí)驗(yàn)環(huán)境是泡沫分離塔，分離塔的主要構(gòu)成材料為有機(jī)玻璃，塔高為120cm，內(nèi)徑4cm，在其底部設(shè)有孔板分布器，器孔直徑為70μm，間距為8mm，按照等邊三角形分布。實(shí)驗(yàn)采用的泡沫分離法是間歇式的，對(duì)水溶液中的CuSO4進(jìn)行去除。在實(shí)驗(yàn)的初始階段，要在分離塔內(nèi)加入適量的CuSO4和C12H25（C6H4）SO4的混合溶液，使用空氣壓縮機(jī)對(duì)氣體進(jìn)行壓縮，通過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)將壓縮后的氣體打入塔內(nèi)，氣體通過(guò)塔底部的分布器在溶液中分散，假定在同樣的表觀氣速條件下，氣泡上升其自身大小不會(huì)發(fā)生改變。表面活性劑聚集了大量的氣泡，形成泡沫，泡沫通過(guò)塔頂進(jìn)入收集器中，直至不再鼓出泡沫，隨后在殘余的溶液中繼續(xù)加入C16H29（CH3）OHNH4，對(duì)SO42-進(jìn)行分離直到不再鼓出泡沫，將殘余收集起來(lái)并進(jìn)行吸光度的測(cè)量，對(duì)其去除率R、富集比β進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為：

在完成分離后，測(cè)得表面活性劑在溶液總的殘留濃度小于5mg/L，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

3.1 C12H25（C6H4）SO4濃度對(duì)去除率的影響

配制CuSO4濃度為0.05g/L和C12H25（C6H4）SO4濃度分別為0.15g/L、0.16g/L、0.18g/L、0.20g/L、0.22g/L的混合溶液，pH值為5.0，氣速為22.3m/h，液面高度為80cm。實(shí)驗(yàn)至不再鼓出泡沫，Cu2+分離完成后，加入0.27gC16H29（CH3）OHNH4，保持固定的氣速持續(xù)分離，收集殘液并記錄泡沫的體積，對(duì)SO42-和Cu2+的濃度進(jìn)行檢測(cè)，計(jì)算R和β。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，表面活性劑的濃度加大，Cu2+的濃度會(huì)先升高后降低，其β也會(huì)先升高后降低。活性劑濃度較低會(huì)導(dǎo)致泡沫層失穩(wěn)，在一定的低濃度范圍內(nèi)，β較高而R較低。當(dāng)活性劑的濃度為0.18g/L時(shí)，Cu2+的去除率最高，其β繼續(xù)增加，依據(jù)表面化學(xué)，活性劑的濃度若超出了膠束臨界濃度，液相中就會(huì)出現(xiàn)膠束，一定量的分離組分會(huì)在主體液相中吸附，且活性劑過(guò)量還會(huì)與絡(luò)合物進(jìn)行有效氣液表面的爭(zhēng)奪，降低去除效果。活性劑的增加還會(huì)導(dǎo)致泡沫含有過(guò)多的水分，降低富集比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)C12H25（C6H4）SO4濃度為0.18g/L時(shí)R和β都較低，因此選擇C12H25（C6H4）SO4濃度為0.20g/L。

3.2 表觀氣度對(duì)去除率的影響

配制CuSO4濃度為0.05g/L和C12H25（C6H4）SO4濃度分別為0.20g/L的混合溶液，pH值為5.0，液面蓋度為80cm，氣速為12.7～22.3m/h。實(shí)驗(yàn)至不再鼓出泡沫，加入0.27gC16H29（CH3）OHNH4，保持固定的氣速持續(xù)分離，收集殘液并測(cè)定SO42-和Cu2+的吸光度，計(jì)算R和β。實(shí)驗(yàn)表明，隨著氣速加大，氣泡也會(huì)加大，Cu2+的去除率也升高，而富集比降低，R和β主要受到流體力學(xué)影響，當(dāng)氣速降低時(shí)，氣泡會(huì)在溶液中停留較長(zhǎng)時(shí)間，傳質(zhì)充分而夾液量較少，β較大；氣速持續(xù)上升，盡管氣泡形成容易，但是其停留時(shí)間較短，傳質(zhì)不充分且泡沫層加快上升，導(dǎo)致夾液量增大，β降低。綜合分析，表觀氣速的最佳數(shù)值為19.1m/h。

3.3 pH值對(duì)去除率的影響

配制CuSO4濃度為0.05g/L和C12H25（C6H4）SO4濃度分別為0.20g/L的混合溶液，利用稀鹽酸或氫氧化鈉將pH調(diào)整為4.0～6.0，液面蓋度為80cm，氣速為19.1m/h。實(shí)驗(yàn)至不再鼓出泡沫，加入0.27gC16H29（CH3）OHNH4，保持固定的氣速持續(xù)分離，收集殘液并測(cè)定SO42-和Cu2+的吸光度，計(jì)算R和β。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，pH較小時(shí)，泡沫夾液量小且豐富，β較高但R較低，是因?yàn)闅潆x子濃度較高。依據(jù)靜電吸附，氫離子會(huì)與活性劑絡(luò)合在氣泡表面吸附，影響去除Cu2+的效果。pH增大，夾液量升高而β降低，pH大于5.0后，泡沫產(chǎn)生速度降低且體積變大，R降低。

4 結(jié)束語(yǔ)

泡沫分離技術(shù)是新興的一種分離技術(shù)，依據(jù)吸附原理，在含有表面活性劑的液體中進(jìn)行鼓泡，使其活性物質(zhì)能夠在氣泡的表面進(jìn)行聚集，形成泡沫層，使液相的主體與泡沫層分離，對(duì)表面活性劑進(jìn)行濃縮，對(duì)液相主體進(jìn)行凈化。濃縮后的物質(zhì)不僅是活性物質(zhì)，也可以是能夠絡(luò)合活性劑的物質(zhì)。一般情況下，人們都將通過(guò)氣壓在溶液中進(jìn)行鼓泡而進(jìn)行濃縮和分離的方法稱為泡沫吸附分離技術(shù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，C12H25（C6H4）SO4和C16H29（CH3）OHNH4作表面活性劑能夠不在去除陰陽(yáng)離子時(shí)引入其他離子，且具有較好的起泡性。

參考文獻(xiàn)

[1]王靜，時(shí)美玲，趙孝先，等.連續(xù)泡沫分離塔回收水溶液中鉬（Ⅵ）的研究[J].化學(xué)世界，2013（4）.

[2]殷昊，趙艷麗，李雪良，等.泡沫分離設(shè)備及工藝的研究進(jìn)展[J].食品工業(yè)科技，2010（8）.

[3]劉穎，木泰華，孫紅男，等.泡沫分離技術(shù)在食品及化工業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].食品工業(yè)科技，2013（13）.

[4]張艷霞，吳兆亮，武增江，等.溫度對(duì)高濃度SDS水溶液泡沫穩(wěn)定性及分離的影響[J].高?；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào)，2012（3）.

[5]張翰林，張永強(qiáng)，王靜，等.泡沫分離法回收水溶液中微量鉬（Ⅵ）的研究[J].無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2012（6）.

[6]朱政，張銀新，劉慧，等.離子交換法處理含硫酸銅廢水的研究[J].遼寧化工，2010（8）.