泡沫計

泡沫計:計量彼此被液膜隔開的氣泡的聚集物,是氣體在液體中的分散體系,內相(氣體)的體積分數一般大於90%。泡沫在生產實際中有很多套用,如泡沫浮選、泡沫分離、泡沫滅火等。

原理

泡沫的形成和穩定性 泡沫的形成非常簡單,只要向起泡劑(表面活性劑或高分子化合物)溶液中通入氣體,在溶液表面即有泡沫生成。泡沫形成後,氣泡壁間夾帶上來的液體在重力作用下向下流失,液膜逐漸變薄,氣泡互相接近而變形。圖1是三個氣泡互相接近時的變形情況,三個氣泡的交界處稱為普拉託交界。根據拉普拉斯方程,A處的壓力大於B處,膜中液體向普拉託交界處流動,液膜進一步變薄。在此過程中,如果液膜強度不夠,則液膜破裂,泡沫逐漸消失。如果起泡劑能在氣-液界面吸附形成較緊密的單分子層,則液膜變薄到一定厚度後,兩個單分子層在液相相遇而發生空間陰礙作用或兩個擴散雙電層重疊而發生電性排斥作用,此兩種作用均可阻止液膜進一步變薄。液膜在某一厚度達到平衡,泡沫可處於暫時穩定狀態。因此,吸附單分子層在接近時造成的空間阻礙作用和雙電層的排斥作用愈大,泡沫愈穩定。

特點

除了膜的強度和膜的彈性外,影響泡沫穩定性因素還有體相粘度表面粘度。體相粘度和表面粘度大,則排液速度慢,泡沫穩定。另外,泡沫總是由大小不均的氣泡組成,根據拉普拉斯方程,小泡中氣體壓力比大泡中的大,於是氣體從小泡穿過液膜擴散到大泡中,小泡消失,大泡變大,最終泡沫破壞。如果起泡劑分子吸附膜排列緊密,表面粘度大,則氣體分子不易透過,泡沫穩定。
為了增加泡沫穩定性,常加入極少量穩泡劑(碳鏈較長的極性有機物,如月桂醇),穩泡劑和起泡劑不僅可在表面形成緊密的混合膜,而且還可降低起泡劑的膠團臨界形成濃度和降低起泡劑的吸附速度,因而可增加膜的彈性,使泡沫穩定性增加。

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