消泡劑泡沫產生及穩定因素

佛山江河環保化工 發佈 2023-06-17T13:47:57.803247+00:00

對泡沫的研究可以追溯到柏拉圖時代,但數百年來,人們對泡沫的定義並沒有形成統一的認識。

對泡沫的研究可以追溯到柏拉圖時代,但數百年來,人們對泡沫的定義並沒有形成統一的認識。美國膠體化學家L·I·Osipow和道康寧的R·F·Smith從泡沫的密度定義了泡沫;日本的伊藤光一從泡沫結構的角度定義了泡沫,但忽略了泡沫之間的相關性;中國著名表面物理學家趙國喜教授將泡沫定義為:泡沫是氣體分散在液體中的分散體系,氣體是分散相(不連續相),液體是分散介質(連續相)。液體中的氣泡上升到液體表面,形成由少量液體組成的氣泡聚集物,用液膜分離氣體。國內外學者一致認為泡沫本身是一個熱力學不穩定系統,當氣體進入含有表面活性劑的溶液時,會形成長期穩定的泡沫體系。

(一)泡沫的衰減機理

在重力和壓力差的條件下,泡沫的液膜會不均勻地流動和排出液體,由於氣泡膜兩側的壓力差不同,氣泡中的氣體會繼續擴散和滲透,因此泡沫本身的不穩定性主要體現在動力學上。

其衰減機制主要包括氣體通過液膜的擴散和液體從液膜中排出。這兩種性質是泡沫本身的固有屬性,與表面活性劑的存在無關。然而,這兩種衰減機制只在泡沫體系形成的初始階段發揮了明顯的作用。隨著泡沫體系的衰減,這兩種作用逐漸減弱,使得泡沫衰減速率逐漸變慢。


(二)泡沫的穩定因素

泡沫的直接原因是表面活性劑的存在,它降低了溶液的表面張力。在這一原因和泡沫衰減機制的共同作用下,不同的泡沫體系表現出不同的穩定性,這主要與以下因素有關:發泡溶液的表面張力、泡沫的表面粘度、溶液的粘度,表面張力的自修復效應(即吉布斯表面彈性和馬蘭戈尼效應)液膜的表面雙電層斥力和熵斥力、表面活性劑的疏水末端結構和空間位阻效應在這些因素中並不獨立。一個因素的變化會改變其他一些因素。影響泡沫穩定性的最重要因素是液膜的彈性和液體排出速率。從這個角度可以看出,在不同的泡沫體系中,影響泡沫穩定性的主要因素是不同的,有時幾個因素同時存在並共同作用。

除了這些因素外,其他一些因素也會影響泡沫的穩定性,如泡沫的大小、溶質與溶劑的配合、溫度、pH值、溶劑的蒸發速率、泡沫的受影響程度和表面活性劑的吸附速率。

(三)泡沫的消除方法

1)物理方法

從物理角度來看,消除泡沫的方法主要包括放置擋板或濾網、機械攪拌、靜電、冷凍、加熱、蒸汽、射線照射、高速離心、加壓減壓、高頻振動、瞬時放電和超聲波(聲學液體控制)等,這些方法不同程度地促進了液膜兩端的氣體傳輸速率和氣泡膜的排液,使泡沫的穩定性因子小於衰減因子,從而使泡沫的數量逐漸減少。然而,這些方法的共同缺點是它們的使用受到環境因素的強烈限制,並且消泡率不高。其優點是它們對環境友好並且具有高的再利用率。

2)化學方法

消除泡沫的化學方法主要有化學反應法和添加消泡劑兩種方法。化學反應法是指通過加入一些試劑使其與起泡劑發生化學反應,生成不溶於水的物質,從而降低液膜中表面活性劑的濃度,促進泡沫破裂。然而,該方法也存在一些缺點,如發泡劑組成的不確定性和不溶性物質對系統設備的危害。目前在各個行業中使用最廣泛的消泡方法是添加消泡劑的方法。該方法最大的優點是消泡效率高,使用方便。然而,找到合適且有效的消泡劑是關鍵。

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