Главная > Пена и пенные пленки > Разделение компонентов смеси ПАВ в пене

Разделение компонентов смеси ПАВ в пене

Пенная сепарация растворов смеси ПАВ может быть ис­пользована для частичного или полного разделения поверхност­но-активных компонентов, причем необязательно, чтобы в та­кой смеси хорошими пенообразователями были все разделяе­мые вещества.

Термодинамическая теория равновесных процессов поверх­ностного разделения (дифференциальные уравнения процессов разделения, поведение линий поверхностного разделения и др.) для многокомпонентных систем изложена в монографии [10J.

Возможность пенного разделения различных красителей (модели, удобные для проведения исследований), изучалась еще в ранних работах Оствальда и Зира, Дюбризе, а также Тиле [7]. Следует, правда, отметить, что составные части кра­сителей в растворе не всегда находились в молекулярной фор­ме. Дюбризе исследовал пенное разделение олеата и лаурата натрия.

Было установлено, что при одинаковой начальной концент­рации обоих веществ в разделяемой смеси, равной 0,1 г/л, в растворе, полученном после отделения пены, оставалось —19% олеиновой кислоты от исходного ее количества, а в разрушен­ной пене содержалось 60% олеиновой кислоты и 40% лаурн - новой кислоты.

Процессы частичного разделения смесей мыла (натриевых н калиевых солей олеиновой, стеариновой и пальмитиновой кислот), синтетических ПАВ, а также разделения полимеров на фракции описаны в ряде работ [7, 8, 10J. Распределение раз­личных ПАВ по отдельным слоям в пене, в которых преоблада­ет содержание одного из компонентов, подобное обычной ад­сорбционной хроматограмме, наблюдалось в ходе длительного непрерывного процесса сепарации смеси сапонина, желатина и олеата натрия (Абриба, 1943 г. [7]).

Анализ работ, посвященных разделению компонентов смес Г1АВ, показывает, что единственным примером полного выдс ления одного из компонентов смеси является очистка додецнл­еульфата от примесей додецилового спирта [582J. Однако та­кое разделение возможно только при очень малом содержании снирта. Эффективность разделения сильно возрастает прн использовании сухих пен с высоким капиллярным давлением. Например, с помощью метода осушения пен было проведено отделение белков от дезоксирибонуклеиновой кислоты [595].

Для расширения пределов количественного состава смеси ПАВ, подлежащих полному разделению, предложен способ пенного разделения в пене с каналами регулируемых размеров и с регулируемой скоростью течения [583]. Раствор разделяе­мой смеси Г1АВ пропускают через столб пены, который с обо­их концов находится в контакте с пористыми перегородками; давление с внешней стороны каждой перегородки неодинаково и меньше давления с внутренней стороны на величину, не пре­вышающую капиллярного давления пор перегородки. Раствор смсси Г1АВ вводят через ту перегородку, давление над которой выше.

Создание пониженного давления в каналах Плато — Гнббса иены и одновременно перепада давления вдоль пены с помо­щью двух пористых перегородок дает возможность регулиро­вать размер каналов и толщину пленок пены (т. е. содержание жидкости в пене), а также скорость течения раствора в пене. Разделение достигается в результате избирательной адсорбции компонентов смеси на газовых пузырьках пены при течении раствора но каналам Плато—Гиббса под действием постоян­ного перепада давления.

Механизм процесса разделения в пене аналогичен хромато - графическому принципу разделения. Если в бинарной смеси ПАВ оба компонента Б и В более поверхностно-активны, чем вещество А, из которого получена пена, и оба (или одно) яв­ляются хорошими пенообразователями, то по мере продвижения раствора через пену вещество А адсорбционно вытесняется и замещается компонентами смеси. При соответствующей высоте столба пены и скорости течения раствора образуется слой, в котором содержится раствор только одного компонента сме­си (Б или В). Если в смеси компонентов одно вещество, нап­ример Б, менее поверхностно-активно, чем вещество А, из ко­торого получена пена, то по мере течения раствора выделяется зона, в которой вещество Б отделено от В, но находится в сме­си с А (Б +А).

Один чистый компонент из бинарной смеси А + Б может быть также выделен, если пену получать из раствора этой смеси, а через столб пены пропускать раствор с веществом В, вытесня­ющим оба эти вещества А и Б. Тогда по мере вытеснения фор­мируется слой пены, содержащий один из компонентов смесп А или Б. Для раздельного выделения нескольких компонентов надо вначале ввести в пену (со стороны фильтра с большим давлением) раствор разделяемой смеси, а затем через пену пропускать раствор более поверхностно-активного компонента. Тогда прн соответствующей высоте столба пены и скорости
течения раствора-вытеснителя можно получить зоны со всеми или нескольки­ми индивидуальными компонентами А, Б и т. д.

Этот способ был реализован для вы­деления додецнлбензолсульфоната нат­рия из его смеси с красителем (тимоло­вым синим). Пену получали продувани­ем воздуха через стеклянный фильтр в водный раствор додецнлеульфата натрия с добавкой NaCI (0,4 моль/л) и собирали в вертикально установленном цилинд­рическом стеклянном сосуде диаметром 70 мм, высотой 90 мм (рис. 10.9). Дном сосуда служила перфорированная пере­городка, на которой герметично разме­щалась фильтровальная бумага. Высота столба пены составля­ла 50 мм.

После получения пены в пространстве под перегородкой соз­давали пониженное давление, на 3 кПа меньше атмосферного (абсолютное давление 97 кПа), и пену осушали в течение 10 мин. Затем верхнюю часть столба пены приводили в сопри­косновение с другим фильтром, над которым помещали рас­твор смеси додецилбензолсульфоната натрия (1,5-10~3 моль/л) и водорастворимой фракции тимолового синего (5-10~4 моль Л) с добавкой хлорида натрия (0.4 моль/л). Давление в простран­стве над этим фильтром составляло 99,3 кПа, так что общий перепад давления в иене был равен 1,3 кПа.

Под действием перепада давления раствор разделяемой сме­си поступал в пену и перемещался по каналам Плато—Гиббса сверху вниз через пену. Вытекающую жидкость отбирали е микроловушку (объем проб составлял —0,2 мл) и анализиро­вали содержание сульфоната и красителя. Додецилбензолсуль - фонат появлялся в пробах через 15 мин вместе с додецилсуль - фатом. Через 30 мин раствор содержал только сульфонат. а следы красителя обнаруживались через 40 мин с момента по­ступления раствора в пену.

Рис. 10.9. Схема устройства для пенной хрома­тографии:

I — С1СКЛЯННЫА сосуд; 2 — пористые перегородки. 3— микроловушка для раствора; 4— резиновое уплотнение для отбора проб микрошпрнцем; 5 — трубки дли присо - г единсиия к сосуду с пониженным давлением

Разделение компонентов смеси ПАВ в пене

3SI

Коэффициент селективности в значительной мере определя­ется длиной углеводородного радикала молекул разделяем. ПАВ. Установлено [10, 596J, что при малых концентраш-? ПАВ коэффициент селективности увеличивается на 2,75 введении одной метиленовой группы СН2 в углеводородный р

Днкал. Введение в радикал бензольного кольца эквивалентно 3,5—4 метиленовым группам.

Избирательность адсорбции неорганических анионов (С1~, Вг, I - и SCN^) в растворе цетилпиридинийхлорида исследова­ли в работе [597]. При постоянной концентрации хлорида цетнлпиридиния (0,75-10~4 моль/л) адсорбция при 20°С воз­растала в ряду CI - Br-, I - SCN" от 1,39-Ю-10 до 2,8-10 10 моль/см2.

10.4. оптимизация технологических свойств отверждающихся пен

Обычные пены с жидкой дисперсионной средой, хотя и об­ладают хорошей теплоизолирующей способностью, могут ис­пользоваться с целью теплоизоляции только в течение коротко­го промежутка времени (не более суток) или должны непре­рывно возобновляться. Стабилизация пены достигается при отверждении жидкой фазы заморажнванием (при низких тем­пературах), гелеобразованпем пли полимеризацией специально введенных в пенообразующий раствор химических соединений с участием катализаторов (отверднтелей).

Другой способ получения твердых иен основан на образо­вании газа в расплавленной полимеризующейся массе или в концентрированной водной суспензии вяжущих материалов (цемента, гипса или извести) в результате физических или хи­мических процессов, а также на вовлечении воздуха в полиме - ризующуюся или твердеющую массу вещества Так, ячеистый бетон представляет собой материал с равномерно распределен­ными по объему пузырьками газа. Материал, получаемый сме­шением суспензии вяжущих веществ с пеной, называют пенобе­тоном. Если газ образуется в объеме бетонной смеси в резуль­тате химической реакции, например при взаимодействии алю­миниевого порошка («пудры») с жидкой фазой цементного раствора, то получается газобетон.

Получение пенопластов также включает стадию вовлечения газа или образования газовых пузырьков в реакционной сме­си. Газ может захватываться жидкой фазой, содержащей ПАВ, при различных способах пенообразования, либо генерироваться в мономер-полимерной системе при испарении низкокипящих жидкостей, полимеризации или термическом разложении поро - форов.

Замороженная пена может быть получена из обычной жид­кой пены при соблюдении определенных технологических прие­мов пенообразования и замораживания. Замороженная пена нашла широкое применение для защиты горных пород и грун­тов от сезонного промерзания, особенно в золотодобывающей промышленности [598].

К разновидности твердеющих пен относятся пеногели, обра­зующиеся вследствие гелеобразования в жидкой фазе обычной пены при определенном ее составе [598].

Пена и пенные пленки

  1. Пока что нет комментариев.