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1、2023/3/211打开啤洒、香槟瓶即有大量泡沫出现等，液体泡沫。人们通常所说的泡沫多指面包、蛋糕等弹性大的物质以及泡沫塑料、饼干等为固体泡沫。液体泡沫也是本节要讨论的主要内容。第1页/共90页泡沫:以少量液体构成的液膜隔开气体的气泡聚集物。起泡剂：起泡好的物质称为起泡剂。稳泡剂：在表面活性剂配方中加入增加泡沫稳定性的物质。第2页/共90页泡沫的分类泡沫的分类 8.1泡沫性质 图8.1 气泡、气泡分散体、泡沫第3页/共90页1 1）寿命）寿命 “短暂泡沫短暂泡沫”和和“持久性泡沫持久性泡沫”。2 2）产生泡沫的力和破泡力之间的平衡）产生泡沫的力和破泡力之间的平衡 “不稳定性泡沫不稳定性泡沫”和
2、和“稳定性泡沫稳定性泡沫”。3 3）聚集状态）聚集状态 液多气少的液多气少的“气泡分散体气泡分散体”和气多液少的和气多液少的“泡沫泡沫”。第4页/共90页泡沫产生的条件泡沫产生的条件 1.1.气液接触气液接触 2.发泡速度高于破泡速度第5页/共90页 3.制造泡沫的方法制造泡沫的方法1)聚集法发泡液中有高压气体、低沸点液体或反应后能生成气体的物质，通过减压或化学反应，使气体分子集合形成泡沫。如啤酒、汽水、水沸腾和泡沫灭火器等。2）分散法通过搅拌、振荡、喷射空气等方法使气、液混合。第6页/共90页泡沫的破坏机制泡沫的破坏机制 1.1.泡沫液膜的排液变薄 2.2.气泡内气体的扩散 第7页/共90页
3、1.1.泡沫液膜的排液变薄泡沫液膜的排液变薄A A重力排液重力排液 在地心引力作用下液膜就会产生向下的排液现象，使液膜变薄。第8页/共90页B表面张力排液图73 Plateau边界由于阻力的存在，膜达到一定的厚度可能达到暂时平衡。从曲面压力看，膜之间夹角为120度时，泡沫最稳定。第9页/共90页膜之间夹角为120度时，泡沫最稳定，所以在多边形泡沫结构中，大多数是六边形。第10页/共90页小气泡内的压力大于大气泡内的压力.2）气泡内气体的扩散第11页/共90页8.28.2表面活性剂的起泡和稳泡作用表面活性剂的起泡和稳泡作用图7.4泡沫生成模式图第12页/共90页表面活性剂的泡沫性能表面活性剂的泡
4、沫性能“起起 泡泡 力力”是 指 泡 沫 形 成 的 难 易 程 度 和 生 成 泡 沫 量 的 多少。“泡膜稳定性泡膜稳定性”是指生成泡沫的持久性消泡的难易。第13页/共90页1 1）表面活性剂的起泡性）表面活性剂的起泡性表面活性剂降低水的表面张力的能力来表征表面活性剂降低水的表面张力的能力来表征。2）表面活性剂的稳泡性 泡沫“寿命”第14页/共90页2023/3/2115表面活性剂的起泡和稳定作用表面活性剂的起泡和稳定作用1 表面活性剂的起泡性表面活性剂的起泡性表面活性剂在外界作用下产生气泡的难易程度表面活性剂在外界作用下产生气泡的难易程度加压通气、搅拌加压通气、搅拌W外外=E=A第15页
5、/共90页2023/3/21162表面活性剂的稳泡性稳泡剂稳泡剂天然化合物天然化合物高分子化合物高分子化合物合成表面活性剂合成表面活性剂第16页/共90页2023/3/2117在肥皂水里加入一小匙的砂糖或少许的茶叶，放在阴暗处过夜后，就会发现这种肥皂水吹出来的泡泡颜色不但鲜艳，而且比较不容易破裂。肥皂，热水第17页/共90页8.38.3泡沫稳定的因素泡沫稳定的因素泡沫是一种热力学不稳定体系，破泡后体系总表面减少，能量降低，这是一个自发过程。泡沫破坏的过程，主要是隔开气体的液膜由厚变薄，直至破裂的过程。泡沫的稳定性主要取决于排液快慢和液膜的强度。泡沫的稳定性主要取决于排液快慢和液膜的强度。第18
6、页/共90页2023/3/21191 表面张力表面张力泡沫的稳定性与那些条件相关呢？泡沫的稳定性与那些条件相关呢？3界面膜的性质2表面张力的修复作用4表面电荷5泡内气体的扩散第19页/共90页1 1）表面张力）表面张力液液体体的的表表面面张张力力低低，有利于泡沫的形成，生成相同的泡沫，外界对体系作功较少，体系能量的增加亦较少。液体表面张力不是泡沫稳定性的决定因素液体表面张力不是泡沫稳定性的决定因素。第20页/共90页2 2）表面活性剂的自修复作用）表面活性剂的自修复作用 在泡休液膜受到外力外力冲击时，有使液膜厚度恢复，使液膜强度恢复的作用，Gibbs-Marangoni效应。第21页/共90页
7、Marangoni效应 图7-5表面活性剂的自修复作用 第22页/共90页Gibbs弹性 GibbsGibbs弹性：弹性：通过收缩使该处表面活性剂浓度恢复并且阻碍液膜的排液流失。第23页/共90页表面吸附分子的迁移表面吸附分子的迁移 第一种过程自低表面张力区迁移至高表面张力区。第一种过程自低表面张力区迁移至高表面张力区。第第二二种种过过程程是是溶溶液液中中的的表表面面活活性性剂剂分分子子吸吸附附至至表表面面，恢恢复复表表面面分分子子的的密密度度，使使受受到到冲冲击击液液膜膜的的表表面面张张力力恢恢复到原来的值。复到原来的值。例例1 1：醇类水溶液：醇类水溶液例例2 2：表面活性剂溶液浓度超过：
8、表面活性剂溶液浓度超过cmccmc较多时。较多时。第24页/共90页表面吸附膜的坚固性通常以表面粘度表面粘度来量度。表面粘度表面粘度是指液体表面单分子层内的粘度。3）界面膜的性质第25页/共90页7.1一些表面活性剂（0.1）的表面张力等性质和泡沫寿命的关系表面活性剂表面张力(达因厘米)表面粘度（表面泊）泡沫寿命（秒）Tritox-10030.5-6烷基苯磺酸钠32.5310-3440E607ZL25.6410-31650月桂酸钾35.03910-32200十二烷基硫酸钠38.5210-369十二烷基硫酸钠23.55510-36100由表7-1可知溶液表面张力的高低与泡沫的寿命无一定关系。A
9、A表面粘度表面粘度第26页/共90页表7.2十二醇对纯十二烷基硫酸钠水溶液的表面粘度和泡沫寿命的影响十二烷基硫酸钠浓度（g/100ml）十 二 醇 浓 度（g/100ml）表面粘度（表面泊）泡沫寿命（秒）0.10210-3630.10.001210-38250.10.0033110-312000.10.0053210-313800.10.0083210-315900.50-2950.50.0052.59600.50.0152.511000.50.0252.451200第27页/共90页a十二烷基硫酸钠在液膜上形成的吸附b十二烷基硫酸钠与十二醇在液膜形成的堆密混合膜图7-6液膜中形成了十二烷基硫
10、酸钠与十二醇在液膜形成的堆密混合膜第28页/共90页图7-7月桂酰异丙醇胺对0.1%月桂酸钠溶液（pH=10）的泡沫寿命和表面粘度的影响一方面，表面粘度大使液膜表面强度增加；另一方面使临近液膜的液体不易排出第29页/共90页 B B界面膜的弹性界面膜的弹性 表面粘度无疑是生成稳定泡沫的重要条件，但也不是唯一的。并非越高越好还须考虑膜的弹性。例:十六醇能形成表面粘度和强度很高的液膜但却不能起稳泡作用，因为它形成的液膜刚性太强，容易在外界扰动下脆裂，因此十六醇没有稳泡作用。理想的液膜应该是高粘度高弹性的凝聚膜。液膜内液体的粘度也对泡沫的稳定有一定的影响。若液膜液体粘度高，在液膜的重力排液变薄过程中
11、液体粘度高可使排液速度减缓，因此起到稳定泡沫的作用。第30页/共90页4 4）气体的透过性）气体的透过性液面上气泡半径随时间变化的速度，来衡量气体的透过性。气体透过性与表面吸附膜的紧密程度有关，表面吸附分子排列愈紧密，表面粘度愈高，气体透过性愈差，泡沫的稳定性愈好。第31页/共90页 5 5）表面电荷）表面电荷 图78液膜中离子型表面活性剂双电层图79离子型表面活性剂的双电层第32页/共90页6 6表面活性剂的分子结构表面活性剂的分子结构1 1）表面活性基的疏水链）表面活性基的疏水链 随着碳链的增加，起泡力也随之而增加，但常会经过一个最高值。随着碳链再增长，起泡力反而要降低。C12和C14第3
12、3页/共90页2）表面活性剂的亲水基 亲水基的水化能力强就能在亲水基周围形成很厚的水化膜 离子型表面活性剂其亲水性基水化性强又能使液膜的表面带电 极性键：稳泡剂应选择分子结构中带有羟基，氨基和酰氨基的表面活性剂以便在表面膜中可形成氢键，而增加表面膜粘度达到稳泡的目的。第34页/共90页8.3泡沫性能的测定泡沫性能的测定泡沫性能的测定，就是测定起泡性和泡沫稳定性 根据成泡的方式主要分两类：气流法和搅拌法。第35页/共90页气流法气流法 图7-10气流法测定泡沫稳定性第36页/共90页搅动法搅动法图7-11搅拌法测定泡沫的稳定性 图7-12泡沫性能v-t曲线 可由vt曲线求得，量出vt曲线下的积分
13、量，即为泡沫体积对时间的积分面积，用Lf表示出泡沫的稳定。第37页/共90页8.48.4起泡剂与稳泡剂起泡剂起泡剂（具有低表面张力的阴离子表面活性剂）1）羧酸盐 2）硫酸盐 3）磺酸盐 4）磺化琥珀酸盐稳泡剂稳泡剂 1）天然产物 2）高分子化合物 3）合成表面活性剂（非离子表面活性剂)第38页/共90页起泡剂 1）羧酸盐 A脂肪酸钠(肥皂)通式：RCOOM R为C12和C14起泡性最好，M为钠、钾、铵 缺点：在硬水中起泡性差。AEC(脂肪醇聚氧乙烯羧酸钠)通式：RO(CH2CH2O)3CHCOOM，R为C1214；M为钠、钾、铵 优点：发泡力强，具有优良的抗硬水性和钙皂分散能力，泡沫 丰富且稳
14、定，发泡力不受水的硬度和介质pH值的影响。B邻苯二甲酸单脂肪醇酯钠盐 通式 式中R一般为C12H25，特点：白色膏状流体，表面活性好，发泡性好，钙皂分散性强，常用于日化及工业应用领域作高效发泡剂。第39页/共90页2）硫酸盐 A脂肪醇硫酸盐 通式：ROSO3M，R：C1214H2529 M为钠、钾、铵，十二烷基硫酸钠发泡力强，泡沫稳定性稍差。B烷基醇聚氧乙烯硫酸钠(AES)通式：RO(C2H4O)nS03Na，R为C12H25 n12 特点：淡黄色液体，起泡力强，常用作液体洗涤剂的 起泡剂。第40页/共90页 3）磺酸盐 A烷基磺酸盐 通式：RSO3Na RC12H25 特点：有发泡性能。B烷
15、基苯磺酸钠 通式 RC12H25 特点：有较好的起泡能力，有一定抗硬水性能。第41页/共90页4）磺化琥珀酸盐 A脂肪酸单乙醇酰胺磺化琥珀酸单酯二钠盐 通式：特点：表面活性高，起泡力强且泡沫稳定，钙皂分散力强，抗硬水，可用于配制各种洗涤剂，还可用作高温钻 井液的发泡剂。第42页/共90页B脂肪酰胺磺化琥珀酸单酯二钠盐 R脂肪酰氨基，椰子油酰氨基特点：无色至微色透明液体，发泡力强泡沫丰富且稳定 性好。广泛用于各种洗涤制品中作助洗剂。第43页/共90页C聚氧乙烯烷基醚磺化琥珀酸单酯铵盐 R C12H25，n 13 特点：无色透明粘稠液体，发泡性好，泡沫均匀且稳定性好，有良好的生物降解性。D聚氧乙烯
16、脂肪醇醚单酰胺磺化琥珀酸单酯二钠盐 RC12H25，n812 特点：琥珀色的粘稠液体，溶于水，表面活性好具有较好的起 泡力，去污性及耐硬水性，用于日用化工和工业领域作 净洗剂等。第44页/共90页稳泡剂 1）天然产物 2）高分子化合物3）合成表面活性剂第45页/共90页1）天然产物 明胶是一种从动物的皮骨中提取的蛋白质富含氨基酸。皂素的主要成分糖苷含有多羟基、醛基等。特点：降低表面张力的能力不强，但它们却能在泡沫的液膜 表面形成高粘度高弹性的表面膜，因此有很好的稳泡 作用。第46页/共90页 2）高分子化合物 聚乙烯醇、甲基纤维素，淀粉改性产物，羟丙基、羟 乙基淀粉等，特特点点：它具有良好的水
17、溶性，不仅能提高液相粘度阻止液膜排 液，同时还能形成强度高的膜，有较好的稳泡作用。第47页/共90页 3 3）合成表面活性剂）合成表面活性剂 特点：一般是非离子型表面活性剂，其分子结构中含有生成氢 键条件的基团。用以提高液膜的表面粘度。种类：A脂肪酸乙醇酰胺 B脂肪酸二乙醇胺 C聚氧乙烯脂肪酰醇胺 D氧化烷基二甲基胺(OA)E烷基葡萄糖苷(APG)第48页/共90页A 脂肪酸乙醇酰胺 代表产品为月桂酸单乙醇酰胺 特点：此产品表面活性高，泡沫稳定性好，有良好的钙皂分散力，抗硬水性能好。第49页/共90页B 脂肪酸二乙醇胺 代表产品，月桂酸二乙醇酰胺 特点：能增加溶液的粘度，稳泡力强，具有钙皂分散
18、力。第50页/共90页8.58.5消泡.物理法 化学法。第51页/共90页扩展系数与浸入系数扩展系数与浸入系数 1)扩展系数S0，消泡剂能在泡沫液膜上扩展；S0，消泡剂能够进入泡沫液膜，E0时，则不能够进入泡沫液膜。2)浸入系数第53页/共90页Ross假说：第54页/共90页2023/3/21551 表面张力表面张力2 界面膜的性质界面膜的性质3 表面张力的修复作用表面张力的修复作用4 表面电荷表面电荷5 泡内气体的扩散泡内气体的扩散1 降低局部表面张力降低局部表面张力2破坏界面膜的弹性使其失去自动修复作用3降低膜黏度4固体颗粒消泡机理第55页/共90页 1)1)消泡剂使泡沫液膜局部表面张力
19、降低而消泡第56页/共90页 2)2)消泡剂破坏膜弹性使液膜失去自修作用而消消泡剂破坏膜弹性使液膜失去自修作用而消泡泡 3)消泡剂降低液膜粘度使泡沫寿命缩短而消泡第57页/共90页 4)4)固体颗粒消泡作用机理固体颗粒消泡作用机理 固体颗粒表面必须是疏水性的。图8-20疏水二氧化硅消泡过程第58页/共90页8.6 8.6 消消 泡泡 剂剂具有能与泡沫表面接触的亲和能力；具有能在泡沫上扩散和进入泡沫，并取代泡沫膜壁的性能；不溶于介质之中；具有在泡沫介质中分散的适宜颗粒作为消泡核心。第59页/共90页2023/3/2160消消 泡泡 剂剂1 降低局部表面张力降低局部表面张力2 破坏界面膜的弹性破坏
20、界面膜的弹性 使其失去自动修复作用使其失去自动修复作用3 降低膜黏度降低膜黏度4 固体颗粒固体颗粒1 天然油脂、矿物油天然油脂、矿物油2 固体颗粒固体颗粒3 合成表面活性剂合成表面活性剂第60页/共90页 天然油脂主要成分是高级脂肪酸及其酯，高级醇及其酯，它 们在不同的条件下都可用作消泡剂。1)植物油类：棉子油、蓖麻油、油酸、椰子油、妥尔油及啤酒 花油等。2)动物油：猪油和牛羊油等。3)动植物蜡：棕榈蜡、蜂蜡和鲸蜡等。1.天然油脂第61页/共90页 2天然产物的改性物 A天然油脂溶于矿物油中使用。B配制成OW型的乳状液来使用 C：将硬脂酸制成各种盐 第62页/共90页1.脂肪酸酯型2.聚醚型3
21、.有机硅型4.固体颗粒型消泡剂5.消泡剂颗粒内含水的新类型 合成表面活性剂消泡剂第63页/共90页A二元醇作起始剂 例如 乙二醇单硬脂酸酯 结构式 HOCH2CH2OOCC17H35 特点：白色至奶油色固体或片状物，可用于金属加工、化妆品洗涤剂和药物生产中作消泡剂。1.脂肪酸酯型 第64页/共90页特点：白色或微黄色蜡状固体易溶于植物油，可作为糕点和豆浆的消泡剂。B丙三醇作起始剂例如甘油单硬脂酸酯第65页/共90页2.聚醚型在水中的溶解度具有逆温性，在低温时醚键中的氧原子能与水中的氢原子形成氢键而溶于水，当温度升高时随着氢键的破坏水溶性变差，直到“浊点”时基本上不再溶于水中而以小油滴形式存在于
22、水中；因此可用作水体系的消泡剂。当聚醚处于浊点时有很低的表面张力。同时由于此时的分子结构为锯齿状，当吸附在液膜表面时不能形成紧密的表面膜，因此不失为一类性能优良的水体系消泡剂。第66页/共90页A聚氧乙烯醚 B聚氧丙烯聚氧乙烯嵌段共聚物 C以氨为起始剂 三异丙醇胺聚氧丙烯聚氧乙烯醚 D以醇为起始剂 E甘油聚醚脂肪酸酯 2.聚醚型第67页/共90页3.有机硅型a表面张力低b溶解度低且活性高c挥发性低并具化学惰性无生理毒性第68页/共90页4.固体颗粒型消泡剂图716二氧化硅微粒因吸附水而使表面布满羟基第69页/共90页5.消泡剂颗粒内含水的新类型 图717FWDD的形成过程示意图(a)消泡剂作为
23、外相的WO型乳状液，(b)OW型乳化剂水溶液；(c)油相为消泡剂的WOW型乳状液(PWBD)第70页/共90页Fluid Water Based Defoamer缩写“FWBD”FWBD的优点为：具有没有失火危险在消防法上被定为非危险品，给贮存和运输带来很大方便；因用油量少，使废水处理时，化学耗氧量(COD)、与生物耗氧量(BOD)都减小，有利于环境保护。第71页/共90页8.7 8.7 影响消泡剂效力的因素影响消泡剂效力的因素消泡剂的溶解度 加溶 表面电荷 起泡液的性质 消泡剂本身的性质 第72页/共90页消泡剂的溶解度消泡剂的溶解度 溶解度低，就可以在较低用量下发挥消泡作用。溶解度低，就可
24、以在较低用量下发挥消泡作用。加溶第73页/共90页表面电荷图818带同种电荷的消泡剂与气泡间的电斥力第74页/共90页表83硅油微滴在不同溶液条件下的电势第75页/共90页图719C12H25SO4Na溶液中硅油微滴的电势和消泡系数第76页/共90页起泡液的性质起泡液的性质 表74消泡剂在不同起泡液中的不同效力第77页/共90页1)消泡剂以微粒的形式吸附在泡膜上，通过微粒的破碎，使气泡穿孔、破灭或合并。微粒直径与泡膜厚度相近，效果较好。由于消泡剂微粒反复发挥作用，多次破碎会使消泡剂粒径变小。2)消泡剂因受到起泡剂中起泡剂的影响，特别是与起泡液“亲和性”过强等原因，使消泡剂颗粒变得太小而失去活性
25、。3)消泡剂微粒过大会使消泡剂微粒的运动迟缓，不能迅速聚集到泡膜气液界面上起作用导致活性变差。第78页/共90页4)消泡剂在起泡液中，由于消泡剂微粒的相互碰撞，有可能并聚而变大。5)消泡剂聚集在泡膜上，当源源不断的泡沫由液体中涌到表面时，消泡剂微粒集中到液面上的泡沫层中，而泡沫破灭后化为少量液体，大量的消泡剂微粒聚集在少量液体里，很容易发生消泡剂微粒的并聚。6）消泡剂活性成分还会粘附于容器壁上而失效。7）消泡剂微粒的表面性质往往会因吸附起泡剂而发生变化由亲油性变为亲水性而使消泡剂的活性下降而失去消泡作用。第79页/共90页8.88.8泡沫及消泡的应用泡沫及消泡的应用泡沫灭火剂 泡沫浮选 泡沫在
26、原油开采中的应用泡沫在污水处理中的应用 第80页/共90页泡沫灭火剂泡沫灭火剂 例1：木材、原棉等固体燃料的火灾，会因含有灭火剂的水溶液的浸透，使水易于渗透到燃料内部有利于灭火。例2：烃类等液体的燃料的火灾，消泡剂可以加速油的乳化或凝胶化，迅速在燃烧油的表面上层开，形成一层水膜而与空气隔绝达到灭火的目的。第81页/共90页1 1）蛋白质泡沫灭火剂）蛋白质泡沫灭火剂 起泡剂：以天然蛋白质作为起泡剂。起泡剂：以天然蛋白质作为起泡剂。用途：用途：用于大型油罐贮存场 2）合成表面活性剂灭火剂有限空间的室内火灾灭火的高泡型泡沫剂3）含氟表面活性剂泡沫灭火剂第82页/共90页泡沫浮选泡沫浮选1）泡沫选矿2
27、）离子浮选第83页/共90页2）离子浮选图720带电的气泡吸附反离子过程示意图这种方法特别适合于离子浓度低含量少的物质的分离。第84页/共90页泡沫在原油开采中的应用 1）泡沫钻井液 2）泡沫酸化压裂液(泡沫酸)3）泡沫在气井排水中的应用 4）泡沫冲砂洗井 5）泡沫驱油 6）泡沫水泥固井 7）泡沫调剖堵水第85页/共90页1 1）泡沫钻井液）泡沫钻井液低压地层时采用具有低密度低压力的泡钻井液2）泡沫酸化压裂液(泡沫酸)适合于厚度大的碳酸盐岩油层，也适合于重复酸化的老井和水敏性地层。3）泡沫在气井排水中的应用4）泡沫冲砂洗井第86页/共90页5 5）泡沫驱油）泡沫驱油图721CO2泡沫驱油过程示
28、意图5）泡沫驱油第87页/共90页6）泡沫水泥固井泡沫水泥：就是在水泥浆中加入一定量的发泡剂和泡沫稳定剂，再混入或通入一定量的气体，并使产生的气泡均匀地分布在水泥浆中，从而达到降低水泥浆密度的目的。泡沫水泥固井是用降低水泥浆密度的方法，减少固井时的液柱压差，从而解决易漏井固井问题的一种固井新工艺。第88页/共90页泡沫在污水处理中的应用 气浮法污水处理技术优点：机械设备装置体积小，占地面积小，可以由可拆卸的单元组成，能适应单井、井组、联合水处理站的工作条件，日处理水的能力可小至几百大至几千米。处理后的油、固体机械杂质进入管汇输油系统，无须像沉淀技术那样定期清池排除污泥而占用农田。处理后的水可以用于密闭处理以减少暴氧机会。第89页/共90页感谢您的观看。第90页/共90页