摘 要：文章對泡沫分離法去除水溶液中SO42-離子和Cu2+離子進行了研究，并以此為基礎(chǔ)對氫型陰離子含有的表面活性劑C12H25（C6H4）SO4、羥型陽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離子和陰離子的工藝，為脫鹽的新興工藝提供進一步的依據(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，對液相中的顆粒和溶質(zhì)進行分離，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）等酸根離子進行有效的分離，并實行去除，然而，在其去除的過程中也將新的陰離子和陽離子引入到體系當中，如何在有效去除廢水中離子的過程中避免將新的離子引入，成為了當前需要研究的問題。分離中的脫鹽就是對溶液中鹽類離子成分中的酸根離子和金屬離子進行去除，所以在使用泡沫分離法時，氫型陰離子對溶液中的陽離子（金屬離子）能夠通過其表面活性劑與氫離子產(chǎn)生交換，羥型陽離子對溶液中的陰離子（酸根離子）能夠通過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，陰陽離子能夠進行濃縮，溶液中剩余的氫氧根離子和氫離子能夠進行化合反應生成水，進而完成脫鹽。

2 實驗過程

2.1 實驗試劑

純度大于99.0%的無水硫酸銅，無錫市亞泰聯(lián)合化工有限公司；濃度為95%的乙醇，開封中天化工有限公司；C12H25（C6H4）SO4，化學純，濟南林?；び邢薰?；C16H29（CH3）OHNH4，化學純，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（可見光-752紫外、可見光-紫外、熒光），精密pH計（PHS-3C型），轉(zhuǎn)子流量計，空氣壓縮機（電磁式AC0-318）。

2.3 操作步驟

實驗溫度為25℃左右的常溫，實驗環(huán)境是泡沫分離塔，分離塔的主要構(gòu)成材料為有機玻璃，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。實驗采用的泡沫分離法是間歇式的，對水溶液中的CuSO4進行去除。在實驗的初始階段，要在分離塔內(nèi)加入適量的CuSO4和C12H25（C6H4）SO4的混合溶液，使用空氣壓縮機對氣體進行壓縮，通過轉(zhuǎn)子流量計將壓縮后的氣體打入塔內(nèi)，氣體通過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，泡沫通過塔頂進入收集器中，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SO42-進行分離直到不再鼓出泡沫，將殘余收集起來并進行吸光度的測量，對其去除率R、富集比β進行計算，計算公式為：

在完成分離后，測得表面活性劑在溶液總的殘留濃度小于5mg/L，符合國家標準。

3 實驗結(jié)果討論

3.1 C12H25（C6H4）SO4濃度對去除率的影響

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。實驗至不再鼓出泡沫，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SO42-和Cu2+的濃度進行檢測，計算R和β。實驗結(jié)果表明，表面活性劑的濃度加大，Cu2+的濃度會先升高后降低，其β也會先升高后降低?；钚詣舛容^低會導致泡沫層失穩(wěn)，在一定的低濃度范圍內(nèi)，β較高而R較低。當活性劑的濃度為0.18g/L時，Cu2+的去除率最高，其β繼續(xù)增加，依據(jù)表面化學，活性劑的濃度若超出了膠束臨界濃度，液相中就會出現(xiàn)膠束，一定量的分離組分會在主體液相中吸附，且活性劑過量還會與絡合物進行有效氣液表面的爭奪，降低去除效果?；钚詣┑脑黾舆€會導致泡沫含有過多的水分，降低富集比。實驗結(jié)果表明當C12H25（C6H4）SO4濃度為0.18g/L時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。實驗至不再鼓出泡沫，加入0.27gC16H29（CH3）OHNH4，保持固定的氣速持續(xù)分離，收集殘液并測定SO42-和Cu2+的吸光度，計算R和β。實驗表明，隨著氣速加大，氣泡也會加大，Cu2+的去除率也升高，而富集比降低，R和β主要受到流體力學影響，當氣速降低時，氣泡會在溶液中停留較長時間，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，但是其停留時間較短，傳質(zhì)不充分且泡沫層加快上升，導致夾液量增大，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。實驗至不再鼓出泡沫，加入0.27gC16H29（CH3）OHNH4，保持固定的氣速持續(xù)分離，收集殘液并測定SO42-和Cu2+的吸光度，計算R和β。實驗結(jié)果表明，pH較小時，泡沫夾液量小且豐富，β較高但R較低，是因為氫離子濃度較高。依據(jù)靜電吸附，氫離子會與活性劑絡合在氣泡表面吸附，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

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行鼓泡，使其活性物質(zhì)能夠在氣泡的表面進行聚集，形成泡沫層，使液相的主體與泡沫層分離，對表面活性劑進行濃縮，對液相主體進行凈化。濃縮后的物質(zhì)不僅是活性物質(zhì)，也可以是能夠絡合活性劑的物質(zhì)。一般情況下，人們都將通過氣壓在溶液中進行鼓泡而進行濃縮和分離的方法稱為泡沫吸附分離技術(shù)。通過實驗驗證，C12H25（C6H4）SO4和C16H29（CH3）OHNH4作表面活性劑能夠不在去除陰陽離子時引入其他離子，且具有較好的起泡性。

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