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泡沫分离

新型分离技术

泡沫分离是近十几年发展起来的新型分离技术之一。泡沫分离根据表面吸附的原理，利用通气鼓泡在液相中形成的气泡为载体，对液相中的溶质或颗粒进行分离，因此又称泡沫吸附分离。

发展历程
泡沫分离技术是近十几年发展起来的新型分离技术之一。泡沫分离是根据吸附的原理，向含表面活性物质的液体中鼓泡，使液体内的表面活性物质聚集在气液界面（气泡的表面）上，在液体主体上方形成泡沫层，将泡沫层和液相主体分开，就可以达到浓缩表面活性物质（在泡沫层）和净化液相主体的目的。被浓缩的物质可以是表面活性物质，也可以是能与表面活性物质相络合的物质，但它们必须具备和某一类型的表面活性物质能够络合或鳌合的能力。人们通常把凡是利用气体在溶液中鼓泡，以达到分离或浓缩目的的这类方法总称为泡沫吸附分离技术，简称泡沫分离技术。泡沫分离技术的研究开发工作已开展了近一个世纪，为统一泡沫分离的概念，1967 年Karger，Grieves[2]等人共同推荐并向IUPAC 提出一项建议，把泡沫分离技术方法分类如表1-1：
早在1915年就开始应用于矿物浮选，但是对离子、分子、胶体及沉淀的泡沫吸附分离是在20世纪50年代末才引起人们的兴趣与重视，并逐渐作为一种单元操作加以研究，首先是从溶液中回收金属离子的课题开始，前期研究了泡沫分离金属离子的可行性，然后建立了金属离子与表面活性剂离子之间相互作用的扩散－双电层理论。20世纪60年代中期采用泡沫分离法脱除洗涤剂工厂排放的一级污水和二级污水中的表面活性剂－直链烷基磺酸盐和苯磺酸盐获得成功。20世纪70年代进行了染料等有机物与废水泡沫分离的实验研究，1977年开始有报道用阴离子表面活性剂泡沫分离DNA、蛋白质及液体卵磷脂等生物活性物质。用泡沫分离法获得的蛋白质及酶有溶菌酶、白蛋白、促性腺激素、胃蛋白酶、凝乳酶、血红蛋白、过氧化氢酶、卵磷脂、β－淀粉酶、纤维素酶、D－氨基酸氧化酶、苹果酸脱氢酶等等。随着工业的发展，特别是对环境保护的普通重视和资源综合利用的要求，泡沫分离的研究工作将不断扩大范围，其工业应用将越来越多。
方法分类
I 泡沫分离 Foam separation
A 泡沫分离法 Foam fractionation
B 泡沫浮选法Froth Flotation
1. 矿物浮选 Ore Flotation
2. 粗离子浮选 Macro Flotation
3. 细粒子浮选 Micro Flotation
4. 沉淀浮选 Precipitate Flotation
5. 离子浮选 Ion Flotation
6. 分子浮选 Molecular Flotation
C 吸附胶体浮选 Adsorbing Flotation
Ⅱ非泡沫分离Nonfoaming adsorptive bubble separations
A 鼓泡分离法 Bubble fractionation
B 萃取浮选法 Solvent sublation
应用现状
1分离细胞
泡沫分离法可以从待分离基质中分离出全细胞。用月桂酸、硬脂酰胺或辛胺作为表而活性剂，对初始细胞浓度为7．2×108 cfu/cm3的大肠杆菌进行细胞分离，结果l min内能除去90%的细胞，用10 rnin的时间能去除99%的细胞。此外，泡沫分离还可用于酵母细胞、小球藻、衣藻等的分离。
2分离富集蛋白质体系
2.1分离糖—蛋白质混合体系糖通常存在于植物和微生物体内，在糖的提取过程中生物体内的蛋白质也往往随之被提取出来，因此去除提取混合物中的蛋白质成为一些糖类提纯的关键步骤。
蛋白质和糖类表面活性具有较大差异，可以利用泡沫分离技术来实现蛋白质和糖的初级分离，与geveg溶剂萃取方法相比，该法操作简单，处理量大，不需外加任何有机溶剂。冈而从植物和微生物中提取糖时，采用泡沫分离技术可以满足初步去除蛋白质的需要，大大降低后续纯化工作的负荷。
2.2分离蛋白质二元及多元体系在分离蛋白质体系中，蛋白质的活性在吸附过程中起了主导作用，但对于表面活性相近的蛋白质，存气液界面的吸附结松又决定了蛋白质的吸附优势，因此蛋白质表面活性强弱的判定是断定泡沫分离效果的首要前提。
2.3蛋白---酶体系的分离
泡沫分离可应用于各种蛋白质和酶的浓缩或分离，其最初是用于胆酸和胆酸钠混合物中分离胆酸，泡沫中胆酸的浓度为料液的3-6倍，活度增加65%。泡沫分离还可用于从非纯制剂中分离磷酸酶，从链球菌培养液中分离链激酶，从粗的人体胚胎均浆中分离蛋白酶。
同前能够利用泡沫分离技术成功分离出的蛋白质有：磷酸酶、链激酶、蛋白酶、血清白蛋白、溶菌酶、胃蛋白酶、尿素酶、过氧化氢酶、明胶、大豆蛋、酪蛋白、抗菌肽类等一系列蛋白质。
3分离皂苷有效成分
皂苷是一种优良的天然非离子型表面活性成分，具有亲水性的糖体和疏水性的皂苷，并且具有良好的起泡性，因此可用泡沫分离技术来从天然植物中提取皂苷。日前，人参皂苷和三七皂苷等中药皂苷类有效组分的富集分离都使用泡沫分离技术。
4.其他方面的应用
泡沫分离法在污水处理，矿物浮选，金属特别是稀有金属的回收检测等方面都有很重大的意义，在水处理中的应用始于19世纪90年代，当时欧洲国家用它来处理溶解于水的各种表面活性物质。20世纪初泡沫浮选广泛应用于矿冶工业，但针对离子、分子、胶体及沉淀的泡沫吸附分离技术则是近30年中发展起来的一种新型分离技术。
优缺点
1优点：
1.泡沫分离设备简单，易于放大；2.操作简单，能耗低：3.可连续和间歇操作；4.在生物下游加工过程的初期使用，处理体积庞大的稀料液；5.可直接用于处理含有细胞或细胞碎片的料液；6.只要操作条件设计合理，可获得很高的分离效率。
2缺点：影响因素多，如溶液的pH值，表面活性剂浓度，温度，气流速度，离子强度。此外，泡沫的性质、层高、排沫方式、搅拌等也是影响泡沫分离的因素
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