第七章 表面活性剂的起泡与消泡

1．简述泡沫破坏的机制。

泡沫是气体分散在液体中的粗分散体系，体系存在着巨大的气—液界面，是热力学上的不稳定体系。

泡沫破坏的主要原因是（1）液膜的排液减薄；（2）泡内气体的扩散。

泡沫液膜的排液减薄（1）.重力排液气泡间的液膜，由于液相密度远大于气相的密度，因此在地心引力作用下就会产生向下的排液现象，使液膜减薄。（２）.表面张力排液  由于泡沫是由多面体气泡的堆积而成．在泡沫中气泡交界处就形成了如图7—3中的形状称之为Plateau边界(也称为Gibbs三角)。B处为两气泡的交界处形成的气—液界面相对比较平坦可近似看成平液面而A处为三气泡交界处，液面为凹液面，

从弯曲液面的附加压力来考虑，所以B处液体的压力应大于A处液体内部的压力，因此液体从压力大的B处向压力小的A处排液，使B处的液膜排液减薄。

气泡内气体的扩散，小气泡内的压力大于大气泡内的压力，因此（1）小泡会通过液膜向大泡里排气，使小气泡变小以至于消失，大泡变大且会使液膜更加变薄，最后破裂。（２）液面上的气泡也会因泡内压力比大气压大而通过液膜直接向大气排气，最后气泡破灭。

2．影响界面膜与泡沫的稳定性的因素有哪些？为什么？

界面张力，低表（界）面张力有利于泡沫的形成，同时也有利于泡沫的稳定，但是，表面张力的大小并非决定因素  

界面膜的性质，界面液膜能否保持恒定要得到稳定的关键，影响界面膜性质的关键因素是液膜的表面粘度与弹性

(1)表面粘度凡是体系的表面粘度比较高的体系，所形成的泡沫寿命也较长。

(2)界面膜的弹性（非强度）表面粘度比较高而且弹性好才有高的稳泡性能，理想的液膜应该是高粘度高弹性的凝聚膜。

表面活性剂的自修复作用，。表面活性剂的自修复作用大，泡沫就稳定

表面电荷  ：若泡沫液膜的表面上带有同种电荷，使泡沫稳定。

泡内气体的扩散 ： 泡沫的排气性与液膜的粘度有关，液膜的表面粘度高，气体的相对透过率就低，气泡的排气速度慢，泡沫就稳定。 

表面活性剂的分子结构：(1)表面活性基的疏水链  SAA的疏水碳氢链应该是直链且较长的碳链，但碳链太长也会影响起泡剂的溶解度且刚性太强，所以一般起泡剂的碳原子数以C12～C14较好。(2)表面活性剂的亲水基   SAA亲水基的水化能力强，增加了泡膜的稳定性。稳泡剂分子结构中往往含有各类酰氨基、羟基、羧基等具有生成氢键条件的基团。

3．纯水为什么不能形成稳定的泡沫？

因为纯水产生的泡沫寿命大约0.5秒之内，瞬间存在，即消泡速度高于起泡速度，所以纯水中的只能出现单泡，因此不可能得到稳定的泡沫。

4．起泡剂与稳泡剂有什么不同？起泡与稳泡在概念上有何不同？

起泡性能好的物质称为起泡剂。具有低表面张力的阴离子表面活性剂一般都具有良好的起泡性，但生成的泡沫不一定有持久性。

稳泡剂：它们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，

5．请简述罗斯假说。

在溶液中，液体若呈溶解状态的是溶质，是稳泡剂；不溶解状态的溶质，当浸入系数与扩展系数均大于零时，才是消泡剂。当消泡剂的分子团即微滴与泡沫液膜接触时．首先应该是浸入，浸入之后在泡沫液膜上扩展，使液膜局部变薄最终断裂，导致气泡合并或破灭。只有浸入系数E>0且扩展系数S>o时，微滴既能浸入也能在泡沫液膜扩展，使液膜局部变薄而断裂。

6．简述消泡剂的消泡机理。

消泡剂使泡沫液膜局部表面张力降低而消泡,消泡剂微滴的表面张力要比泡沫液膜的表面张力低。当消泡剂加入到泡沫体系中后，消泡剂微滴与泡沫液膜接触，可使此处泡沫液膜的表面张力减低，而此处周围液膜的表面张力未变化。表面张力降低的部分，被强烈地向四周牵引、延展，最后破裂使泡沫破灭。

消泡剂破坏膜弹性使液膜失去自修作用而消泡. 在泡沫体系中加入表面张力极低的消泡剂, 此消泡剂进入泡沫液膜后，会使此处液膜的表面张力降至极低。当此处的液膜受到外界的扰动或冲击拉长，由于消泡剂本身的表面张力太低，使膜失去弹性，失去自修复作用而破坏

消泡剂降低液膜粘度使泡沫寿命缩短而消泡。若用不能产生氢键的消泡剂将能产生氢键的稳泡剂从液膜表面取代下来，就会降低液膜的表面粘度，使泡沫液膜的排液速度和气体扩散速度加快减少泡沫的寿命而消泡。

7．请举例说明泡沫有何用处和害处。

8．SAA的结构对泡沫稳定性有什么影响？

表面活性剂的分子结构：(1)表面活性基的疏水链  SAA的疏水碳氢链应该是直链且较长的碳链，但碳链太长也会影响起泡剂的溶解度且刚性太强，所以一般起泡剂的碳原子数以C12～C14较好。(2)表面活性剂的亲水基   SAA亲水基的水化能力强，增加了泡膜的稳定性。稳泡剂分子结构中往往含有各类酰氨基、羟基、羧基等具有生成氢键条件的基团。

9．简述固体颗粒消泡机理。说明应用的场合和常用的物质。

固体颗粒作为消泡剂首要条件是固体颗粒必须是疏水性的。当疏水二氧化硅颗粒加入泡沫体系后，其表面与起泡剂和稳泡剂疏水链吸附，而亲水基伸入液膜的，这样二氧化硅的表面由原来的疏水表面变为了亲水表面，于是亲水的二氧化硅颗粒带着这些表面活性剂一起从液膜的表面进入了液膜的水相中。使液膜表面的表面活性剂浓度减低，从而全面的增加了泡沫的不稳定性因素，大幅地缩短了泡沫的“寿命”而导致泡沫的破坏。

10．GP和GPE消泡剂结构上有什么不同，各作为什么消泡剂？

聚氧丙烯甘油醚(GP型) 本品为无色或淡黄色粘稠液体，难溶于水，可用作酵母、味精、链霉素、造纸、生物农药等生产中作消泡剂  聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚(GPE型) 本品一级品为无色透明液体，浊点为17～21℃，有很强的消泡功能，常用于制药工业作抗菌素发酵过程的消泡剂。

11．有机硅消泡剂有何特性？

1.表面张力低  2.溶解度低且活性高   3.挥发性低并具化学惰性  4.无生理毒性  

12．新型聚醚聚硅氧烷型活性剂有什么特性？

1. 消泡效力强   2.逆溶解性  3.自乳性  4.稳定性  5.生理无毒性  

13．简述影响消泡剂效率的因素。

1，消泡剂的溶解度  只有当表面活性剂处于过饱和、不溶解状态，以微粒形式聚集在泡膜上，才起消泡作用。

2，加溶   越容易加溶，消泡效果越差

3，表面电荷  消泡剂与气泡带有同种电荷而降低了消泡剂的消泡效率。

4，起泡液的性质  消泡剂在不同的起泡液中其扩展系数和消泡效力均有较大差异

5，消泡剂本身的性质  1.反复使用的性能；2.防止并聚减少分散度的能力。

14．简述泡沫灭火剂的灭火机理。

泡沫灭火剂的主要作用是起泡和灭火。由于泡沫中含有一定量的水分可起冷却作用且在燃料的表面上覆盖一层泡沫层而使可燃气体与氧隔绝而起到灭火的目的。

15．简述金银粒子浮选法分离的基本原理。

它是利用泡沫来分离溶液中电解质离子的一种方法。以离子型表面活性剂作为起泡剂，它会以疏水的碳氢链伸入气泡的气体中而以其离子头伸入水相的吸附状态吸附于气—液界面上，使气泡的表面带有电荷，它与溶液中的反离子间存在静电引力，而且对不同的反离子静电引力也有差异。所以可以把溶液中的某些反离子吸附于泡沫上，然后随气泡升至液面成为泡沫而分离开。因为阳离子表面活性剂对[AuCl4]—阴离子的吸引力很强，因此利用这个方法可以使金和银两种贵金属得到很好的分离。

16．简述泡沫驱油的机理过程。

泡沫能驱油的原因在于泡沫在多孔介质内的渗流特性。泡沫首先进入流动阻力较小的高渗透大孔道，流动阻力随泡沫注入量的增加而增大，当增大到超过小孔道中的流动阻力后，泡沫便越来越多地流入低渗透小孔道，泡沫在小孔道中流动时视粘度低，小孔道中含油饱和度高，泡沫稳定性差。最终导致泡沫在高、低渗透率油层内均匀推进，波及效率扩大，泡沫还具有一定洗油能力。因而泡沫驱油能大幅度提高采收率。

17．什么是SAA液膜Gibbs弹性。

当吸附了表面活性剂的泡沫受到震动、尘埃碰撞、气流冲击及液膜受重力作用排液时，都会引起液膜局部变薄，使液膜面积增大引起此处表面活性剂的浓度降低表面张力上升，形成局部的表面张力梯度，因此液膜会产生收缩趋势，如液膜具有了弹性。通过收缩使该处表面活性剂浓度恢复并且能阻碍液膜的排液流失。把液膜这种可以收缩的性质称为Gibbs弹性。

18．简述罗氏泡沫仪测定泡沫性能的过程。

在生产及实验室中，比较方便而且准确地测量泡沫性能的 “倾注法”，也属于搅动法之类。仪器为“罗氏泡沫仪”。在粗管中装入一定量的试液(50毫升)，泡沫移液管中也装入200毫升试液。外套管中通入恒温水，使试验在规定温度条件下进行。试验时，使200毫升试液自粗管上部自由流下，冲击底部试液后生成泡沫。一般以试液流下五分钟后的泡沫高度(毫米)作为起泡能力的量度；但也常以起始泡沫高度及泡沫破坏一半(即泡沫高度为起始高度的一半)所需的时间表示起泡性及泡沫稳定性。