泡沫分離技術(shù)利用泡沫中的氣泡作為分離介質(zhì)，根據(jù)表面活性劑在氣液界面吸附性質(zhì)的差別對(duì)其進(jìn)行分離純化的技術(shù)。因?yàn)槠渚哂械湍芎?、無(wú)污染、設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，近些年來(lái)作為新型的分離技術(shù)得到迅速發(fā)展，并廣泛用于表面活性劑、金屬離子以及染料等的分離和純化。眾所周知，泡沫分離的兩個(gè)重要的過(guò)程是：表面吸附和泡沫排液，并且已有大量文獻(xiàn)對(duì)其機(jī)理以及過(guò)程強(qiáng)化進(jìn)行研究。在泡沫分離過(guò)程中，泡沫經(jīng)液相吸附和泡沫相排液后，一旦從泡沫分離塔頂排出就需要消泡得到分離濃縮液，所以為了促進(jìn)泡沫分離的應(yīng)用研究一種適合泡沫分離的消泡方法很重要，而消泡的難易程度又取決于表面吸附和泡沫排液兩個(gè)過(guò)程。

一、表面吸附

表面活性分子由極性頭和非極性尾組成，當(dāng)表面活性劑溶于水中，極性頭部深入水中而非極性尾部深入空氣中，使空氣和水的接觸面減少，從而降低溶液的表面張力。當(dāng)表面活性溶液中形成泡沫后，泡沫的液膜上吸附著雙層表面活性分子來(lái)維持液膜的穩(wěn)定，表面活性分子的吸附密度越大液膜越穩(wěn)定，消泡越困難。

根據(jù)熱力學(xué)理論，在氣液兩相界面處的表面活性分子的濃度一般高于液相主體濃度，這種現(xiàn)象稱為表面過(guò)剩。如果溶液中只存在一種表面活性分子，當(dāng)達(dá)到吸附平衡時(shí)在氣液界面上可以用 Gibbs 吸附等溫方程描述：

其中 Γ (mol/cm²)為表面活性分子的表面過(guò)剩吸附量；

σ (N/ cm)為溶液的表面張力；

C (mol/cm³)為主體溶液的平衡濃度；

R為摩爾氣體常數(shù)，其值為 8.314 J/(mol·K)；

T(℃)絕對(duì)溫度。

Langmuir 依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)利用動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)提出了 Langmuir 吸附等溫式，并總結(jié)出了單分子層吸附理論。

Langmuir 吸附等溫式如公式(1.6)所示：

其中Γ、Γm  (kg/m²)分別為表面濃度和最大表面濃度；kL (m³/kg)為吸附平衡常數(shù)。小分子的表面活性物質(zhì)(如十二烷基硫酸鈉)在氣液界面上的吸附現(xiàn)象滿足 Langmuir 吸附等溫式，其吸附等溫線如圖 1.3 所示。

但對(duì)于分子量較大的表面活性物質(zhì)(如蛋白質(zhì))在氣液界面上的吸附現(xiàn)象與 Langmuir 吸附等溫式有較大的偏差，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)在氣液界面上的吸附是遵循多分子層吸附理論的，牛血清蛋白(BSA)的吸附等溫線如圖 1.4 所示。