6.4.3. Пенная сепарация поверхностно-активных веществ

Пенное фракционирование основано на селективной адсорбции одного или нескольких растворенных веществ на поверхности газовых пузырьков, которые поднимаются вверх через раствор. Образовавшаяся пена обогащается адсорбированным веществом, что и обеспечивает парциальную сепарацию компонентов раствора. Этот процесс используется для удаления ПАВ из сточной воды; он аналогичен процессу адсорбции на твердых сорбентах. Адсорбция органических веществ на поверхности раздела фаз «газ-жидкость» связана с изменением поверхностного натяжения σ и избыточной поверхностной концентрацией:

dσ = Г_i^.dM_i, (6.38)

где dσ - изменение поверхностного натяжения ; Г_i - избыточная концентрация веществ на поверхности; M_i = R^.T^.ln a_i – химический потенциал i-ой составляющей; R - газовая постоянная; T - температура; a_i - термодинамическая активность.

При больших разбавлениях раствора a_i = C_i (где C_i - концентрация растворенного вещества). С учетом этого коэффициент распределения равен

Г_i/C_i = (-1/R^.T)( dσ/dC_i) = K_i, (6.39)

где Г_i/C_i = K_i – отношение концентраций в двух фазах, которое является коэффициентом распределения K_i.

В случае разбавленных растворов dσ/dC_i очень незначительно зависит от концентрации и K_i для данной системы растворителя и растворенного вещества является практически постоянной.

Повышение скорости воздуха при флотации приводит к увеличению частоты образования пузырьков и росту объема пены, что влечет рост поверхности раздела фаз и количества адсорбированного на ней ПАВ.

Кинетика извлечения ПАВ определяется уравнением

lg (C_к/C₀) = k^.τ - lg[(dσ/dC_к)/(dσ/dC₀], (6.40)

где C_к - остаточная концентрация растворенного ПАВ в объеме воды; C₀ - концентрация ПАВ в момент времени τ₀ (при τ₀ = 0, C_к = C₀ ); k - константа.

При линейном изменении величины сточной воды от концентрации ПАВ уравнение кинетики процесса имеет вид

lg (C_к/C₀) = - k·τ. (6.41)

При учете изменения объема системы в процессе пенного концентрирования кинетика процесса описывается уравнением

(-1/V)^.dC/dτ = k^.Cⁿ, (6.42)

где V – объем жидкости; n - (формальный) порядок реакции процесса перехода ПАВ в пену.