表面活性剂起泡和消泡作用.doc

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1、表面活性剂起泡和消泡作用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，

2、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

3、泡沫。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

4、 ）。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。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

5、C ）质量分数为0. 25%。温度为35C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

6、 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

7、行，即发 生泡沫破灭。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

8、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

9、 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， 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

10、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从表中数据可

11、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

12、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

13、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

14、面以一实例来说明。分别由浓度为 0 0075molL 的辛基硫酸钠和辛基三甲基溴化铵溶液生成 的气泡，在25 C下它们的寿命相应为19s和18s；而浓度分 别为 00075mol 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25C下长达26 100s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。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，

15、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，

16、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 ）

17、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

18、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

19、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。上述六种

20、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

21、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

22、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 (Silverson)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

23、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 醚和10 %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

24、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。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

25、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

26、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

27、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。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

28、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 C ）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

29、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

30、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。当溶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

31、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。 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

32、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

33、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

34、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

35、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320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。（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

36、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 c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67. 5,相对密度约为1. 2,在20c 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 C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

37、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 500020000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。(2) 合成表面活性剂泡沫灭火剂起初，合成表面活性剂

38、泡沫灭火剂仅适用于有限空间的室内火灾的消防，如坑道、 地下人防设施、地下街道、高层建筑等有限空间的室内的灭 火，后来经改进后还可用于石油类火灾的消防。这种泡沫灭 火剂使用高起泡力的表面活性剂，如十二烷基硫酸-L 醇胺、月桂醇零氧乙烯醚硫酸盐、CI0-C18 a -烯基磺酸钠等。为改进泡沫稳定性、耐硬水性、耐油性、耐热性和耐低温性等， 还需要添加相应的其他一些成分。德国戈尔德施米特 (GoId schmidt) 公司推出的“硅氧烷 SW-802”泡沫灭火剂即为这种类型的泡沫灭火剂，它能消灭固体燃料和液体燃料火灾，也可用于扑灭水溶性液体火灾。 它是以阴离子型聚硅氧烷表面活性剂为基剂，有效成分为50

39、 pH值为7.58. 0, 20C下相对密度为1. 08，黏度 为0.020.025Pas,2%体积水溶液的表面张力为 217mN / m,最低储藏温度为-7 C。这类阴离子型聚硅氧烷表面活 性剂为含硫酸盐或磺酸盐的化合物,其结构式如下：式中，R为三甲基硅，R为硅烷基或烷基该泡沫灭火剂除使用阴离子型聚硅氧烷表面活性剂外,也可用含非离子亲水基的表面活性剂及含阳离子基团（特别是氨基 ）的阳离子表面活性剂。 这两类表面活性剂的结构式分 别如下：式中，M为（CH2）3或，R为氢或烷基式中，丫为一 NHCHCH2-或-0CH2CH2- , R3为氢或烷基，Z 为卤素，如 C1。俄罗斯毕尔昆 （Baa

40、Kya 且 ）提出了一种灭火性能极好的 泡沫灭火剂，该灭火剂使用烷基硫酸三乙醇胺盐和多亚乙基 多胺作起泡剂。该泡沫灭火剂的灭火能力较一般灭火剂高0. 51倍。日本研究出一种具有优异性能的泡沫灭火剂，它是由一 种粒径小于 50nm 的无水或含水硅酸、卤代烃、合成表面活 性剂和水混合而成。此外，可用于大面积火灾消防的合成表面活性剂泡沫灭火剂是由以下成分组成：C10C18 a -烯烃磺酸钠10 %70， C8C18 烷醇（稳定剂 ）2 5， C2C2 二元醇与 a-苎烯的混合物（增溶稳定剂）2 %50%，水余量。该泡沫灭 火剂具有优异的灭火性能。(3) 氟表面活性剂泡沫灭火剂用含氟表面活性剂配制的泡

41、沫灭火剂在高温下能产生大量的稳定泡沫，其表面张力 低，在燃烧油的表面上能迅速地铺展开来形成一层强度高的 氟碳膜，将火焰与空气隔离开来，大幅度地抑制油蒸发，可 迅速扑灭由各种油类、化学药品引起的大火灾。因此，这种 灭火剂特别适用于油田、油库、机场、化工仓库等消防。这类泡沫灭火剂中的氟表面活性剂化学稳定性高，所以 灭火剂能长期储存，抗化学药品性能极佳。由于有抗化学药 品性能，故可与粉末灭火剂、蛋白质泡沫灭火剂混合使用。 氟蛋白泡沫灭火剂 将氟表面活性剂 (通常是阴离子 型的 )加入到蛋白泡沫液中， 即可制得氟蛋白泡沫灭火剂。 这 种泡沫灭火剂具有优良的灭火性能，能迅速控制火势，并能 提高抗复燃性，

42、适用于消灭油类火灾。在蛋白泡沫液中加入0. 02%的氟表面恬性剂，即可使用。女口 2X 103L航空燃料 发生的 80m2 火焰，使用 200L 含 40g 氟表面活性剂的氟蛋白 泡沫液即可将火灾完全扑灭。“轻水” (1ight water) 型泡沫灭火剂 “轻水”型泡沫 灭火剂是由美国 3M 公司 l964 年开发的，目前各国均能生产。 日本的“水成膜泡沫灭火剂”即属这种类型制品。 “轻水” 型泡沫灭火剂中氟表面活性剂的比例高于氟蛋白泡沫灭火 剂，约为 0. 1%。配方中其余部分基本上是亲水性非离子型 碳氢表面活性剂和泡沫稳定剂。该灭火剂的泡沫水溶液能在烃类燃料表面上铺展，形成水性薄膜状隔离

43、层，既能起隔离燃烧液与空气接触及降温的作用，又能抑制可燃液体蒸发， 所以有优异的灭火效果。欲使水溶液在油面上铺展，其铺展系数必须等于或大于零，S越大，铺展能力越强。根据铺展公式： 式中，Y 0为油的表面张力；Y w为水溶液的表面张力；Yow 为油水的界面张力。一般情况下，油的表面张力小于 20mN / m,要使灭火液能在油面上铺展，其表面张力必须小于此值，氟表面活性剂能达到此要求，故多使用于该类灭火 剂中。“轻水”型泡沫灭火剂的特点是能迅速控制火焰和灭 火，最适合用于机场、地下停车场等要害场所的消防，缺点 是价格较高。上述两种灭火剂只能用于非极性烃类燃料火灾的灭火， 而对于极性溶剂，由于它们能

44、迅速破坏泡沫，故不能使用。 若采用氟系两性型离子表面活性剂作为灭火的基剂，不但对 烃类燃料的燃烧仍能保持高效灭火性，而且也可用于极性溶 剂火灾的扑灭。日本在 20 世纪 90 年代开发出仅用一种氟表面活性剂的 泡沫灭火剂，其他成分为碳数大于 3 的链状水溶性伯、仲胺 和有灭火性能的无机酸或(和)其铵盐、尿素等，用量为1% 20。随后，日本又推出了另一种含氟表面活性剂泡沫灭火 剂，其主要成分为用聚乙烯亚胺与全氟代 C6C18 烷基羧酸 盐反应生成的氟表面活性剂，该泡沫灭火剂中氟表面活性剂 的用量在 I% 8%之间。(4) 水溶性液体火灾用泡沫灭火剂 水溶性液体是指能 溶于水的极性有机溶剂，如醇、

45、酮等。由于它们分子的极性 度、官能团、碳链长短的不同，其燃烧性、反应性也不同， 用同一种泡沫灭火剂，灭火的效果也就有较大差异。例如， 甲醇之类极性高、碳链短的液体容易被灭火；丁醇以上的高 级醇，由于极性小，燃烧强烈，较难灭火。扑灭这类液体的 火灾，如采用与石油火灾用蛋白质泡沫灭火剂同样方法制造 的部分加水分解蛋白质或合成表面活性剂作为起泡剂时，为 提高其耐液和耐热的性能，需要添加其他必需成分。常用的 耐液性物质有溶解于三乙醇胺等氨基醇的C8C18 脂肪酸及其金属盐，或藻酸、聚丙烯酰胺，以及山梨醇和苯甲醛的 缩合物等水溶性高分子化合物。此外， C4 C20 全氟烷基磷 酸酯也是极性有机液体火灾用

46、泡沫灭火剂的良好添加剂。例如，以蛋白质水解物为起泡剂，二异丙基萘碘酸钠、 乳酸铝为助剂，椰子油脂肪酸为耐液剂，三乙醇胺、甲醇、 水为溶剂可制得灭火性能良好的水溶性液体火灾用泡沫灭 火剂。下面为一泡沫流动性好、特别适用于扑灭由极性溶剂 引起火灾的泡沫灭火剂的配方：烷基甜菜碱两性表面活性剂 2，丁基卡必醇 5，乙二醇 0 5，硫酸铵 10，尿素 5%,氨基磺酸胍15%，水62. 5%。(5) 其他泡沫灭火剂 化学泡沫剂 化学泡沫剂是借助于碳酸氢钠与硫酸 铝反应产生二氧化碳气体，用皂角苷、牛奶酪蛋白质、合成 表面活性剂等作起泡剂生成泡沫的。通常，化学泡沫剂是供 燃烧面积在 1m2 以内小规模油类火灾

47、用的灭火剂， 装于手提 式的泡沫灭火器中。我国室内灭火器常使用这种泡沫剂。 远距离火场用液体泡沫灭火剂远距离火场用液体泡沫灭火剂应使用具有良好起泡、稳泡性能的起泡剂，生成 的泡沫稳定性高，隔离性能好，灭火效果优异。为此，常使 用氟表面活性剂与非离子表面活性剂复配物作起泡剂，为了 提高灭火效果还添加卤化碳。氟表面活性剂可采用氟代烷基 磺酸盐，非离子表面活性剂采用聚醚型非离子表面活性剂。 下面为配方实例：氟代烷基磺酸钠 5%，聚氧乙烯聚氧丙烯 嵌段型聚醚1%, 20%90%的卤化碳2%, 丁醇聚氧乙烯 醚和混合的氟化碳10 %，水82%。 空投灭火用泡沫灭火剂 这种灭火剂用于空投扑灭 森林和地表火

48、灾,其排泄缓慢,能防止流失,可造成较湿环 境,使可燃物不能燃烧,所形成的泡沫将火源与空气隔离开 来，达到灭火目的。下面为具体配方实例：癸基乙氧基磺酸 铵 30 ，月桂醇 5，十四烷基乙氧基磺酸铵 30，丁醇聚 氧乙烯 （4） 醚 18，甲苯基三唑 05，水 165。使用时， 将该灭火剂置于桶中，装在飞机上与喷射系统相连，每次喷 洒20L，飞机在森林上空飞行高度为 2050m，飞行速度为 167km / h。该灭火剂能有效地渗透到森林地面，扑灭火灾。 煤场灭火剂 煤场灭火剂应具有铺展于煤面的性能， 且起泡性能良好和有效的灭火能力，还应有吸收煤燃烧产生 的甲烷等气体的性能。用于喷洒煤场上堆积的煤，可以防止 其自燃。美国近年来开发出的一种煤场火灭火剂，其组成如下： 直链烷基苯磺酸钠 33，辛基酚聚氧乙烯醚 6，斯盘 -603，月桂酰二乙醇胺 6，超级单乙醇酰胺 2，水 50 向该配方组成的表面活性剂 （混合物 ）186kg 中加入桉树油I %，碳酸氢钠8%,维生素B60 . 5%,与水混匀后再加入0 25的红色植物色素，混合均匀后即得成品。（二）消泡的应用1 发酵工业中的应用 利用微生物生产抗生素、维生素等药品及酒类、酱油等 食品生产过程中