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废旧塑料浮选过程中气泡粘附行为的可视化研究

作　者: 田野
导　师: 李彦鹏
学　校: 长安大学
专　业: 环境工程
关键词: 生物表面活性剂塑料浮选临界胶束浓度（CMC）高速摄影粘附
分类号: X705
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着废旧塑料环境污染的日益严重，对废旧塑料的回收利用已经成为各国政府与企业高度重视的问题。塑料浮选作为一种基于表面活性剂的分离技术，可以很大程度的提高废旧塑料的分选纯度，为下一步再生利用提供了有利条件。在塑料浮选过程中，塑料颗粒与气泡是否会发生粘附现象是塑料浮选过程的成败关键。而表面活性剂在塑料表面的吸附以及以对界面张力的改变都对气泡与塑料间的相互作用有着重要影响，因此面对种类繁多的废旧塑料，对表面活性剂浓度和种类的选择显得尤为重要。本文主要研究表面活性剂对气泡粘附行为的影响，并对比生物表面活性剂和化学合成表面活性剂的作用效果，讨论生物表面活性剂是否可以替代化学表面活性剂。为此，采用高速摄影技术，在设定的两种撞击平板（玻璃和聚丙烯）条件下，分别在纯水中比较了十二烷基硫酸钠（SDS），鼠李糖脂和茶皂素三种表面活性剂溶液中气泡撞击平板过程的速度变化，粘附效果以及粘附时间。研究结果表明，表面活性剂浓度的改变对气泡粘附行为有明显的影响。随着浓度的的缓慢增加气泡发生粘附现象的时间会相应的缩短或延长，但到达表面活性剂CMC时发生三相接触的时间显著延长了。1×10^-5mol/L SDS溶液中，气泡（当量直径为3.6-4.0mm）在聚丙烯平板上发生三相接触的时间为155ms，当溶液浓度增大到3×10^-5mol/L后tTPC减小到140ms，SDS浓度只增加了2×10^-5mol/L气泡发生粘附的时间却减少了约10%；相同浓度条件下的茶皂素溶液中，气泡形成三相接触的时间从1×10^-5mol/L时的190ms改变为3×10^-5mol/L的835ms，tTPC增加了320%。随着表面活性剂浓度增大到其CMC后，气泡-平板发生三相接触的时间发生了明显的延长：SDS溶液中tTPC增加到300ms以上，而在正常观测时间内茶皂素溶液中并没有发生气泡粘附现象。研究还表明，生物表面活性剂对气泡粘附行为的阻碍效果强于化学表面活性剂SDS。不同于亲水平板，疏水表面与浮选气泡相接触后会由于微气泡疏水引力的存在而形成三相接触界面，从而气泡粘附在固体表面。水中生物表面活性剂的加入使间隔于固体表面与气泡之间水化层稳定性增加，3×10^-5mol/L茶皂素溶液中，气泡在聚丙烯表面形成TPC的时间为805ms,相比于纯水中所需要的时间（157ms）以及相同条件下鼠李糖脂与SDS溶液中气泡发生粘附的时间（分别为125ms与140ms），体现出了对气泡粘附的显著阻碍作用。在三种表面活性剂CMC时，SDS与鼠李糖脂溶液中虽然气泡粘附在固体表面的时间延长了，但仍然会出现TPC现象，而在观测时间内茶皂素溶液中并未现三相接触界面，相比之下说明生物表面活性剂茶皂素对气泡粘附的阻碍作用最为显著。最后，实验同时验证了气泡尺寸也是影响气泡粘附的重要因素，小尺寸气泡更易于在聚丙烯板下发生粘附。纯水条件下当量直径为3.6-4.0mm的气泡在聚丙烯表面形成TPC的时间为158ms，而当量直径为0.9-1.4mm的气泡粘附在聚丙烯平板只需要97ms；加入生物表面活性剂茶皂素后，当其浓度为3×10^-5mol/L时，小尺寸气泡在聚丙烯表面上形成三相接触界面的时间也只为140ms，远远小于相同条件下大尺寸气泡所需的805ms。同种浓度下鼠李糖脂与SDS溶液中小尺寸气泡产生TPC则分别需要120ms和111ms。

废旧塑料浮选过程中气泡粘附行为的可视化研究

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