絮凝

控制粒度分佈,實現可靠的工藝開發

來電詢價

絮凝和凝結有什麼區別?

絮凝和混凝是兩個經常一起用於去除雜質和污染物的過程。

混凝涉及將稱為混凝劑的化學物質添加到水、緩衝劑或溶劑中,這些化學物質會破壞顆粒的穩定性並導致它們聚集在一起。這個過程通常涉及產生被稱為「絮凝體」的顆粒,但更準確地說是聚集體。通過沉澱或過濾,骨料更容易與可溶性成分(通常是水)分離。

絮凝作用將凝結過程中產生的這些較小的聚集體結合成更大的聚集體,稱為“絮凝體”。 這個過程通常是通過添加絮凝劑來實現的,絮凝劑是促進 顆粒團聚的特殊化學物質。

從本質上講,凝結是顆粒聚集的第一步,而絮凝是後續步驟,可產生更大且更易於去除的團聚絮凝體。這兩種工藝對於去除水或其他可溶性來源中的雜質和污染物都至關重要。

第 1 步:凝血

混凝劑是一種用於促進懸浮在液體中的細顆粒聚集或聚集在一起的試劑。混凝是一種化學過程,涉及添加混凝劑以中和分散顆粒的電荷。小的亞微米生物和化學分子通常帶有負表面電荷,阻礙聚集和沉降 (1a)。

混凝劑化學物質可以吸附在顆粒上並中和負電荷。中和(有時滴定至酸性 pH 值)使顆粒粘在一起,從而形成穩定且懸浮良好的亞微米混凝劑顆粒,稱為微絮凝體 (1b)。

需要快速混合才能適當分散混凝劑化學物質,以促進顆粒碰撞和團塊形成 (1c)。連接的顆粒仍然很小,肉眼看不見。

第 2 步:絮凝

絮凝會增加仍然亞微米的凝結劑團塊的尺寸,使它們更容易分離。這通常需要溫和混合並使用高分子量聚合物或其他離子絮凝劑。絮凝劑吸附凝結劑顆粒,改變表面性質並彌合間隙以促進絮凝體的形成 (2a)。 通過使顆粒靠近,增加了范德華吸引力的有效範圍,從而降低了絮凝的能量勢壘。這樣可以形成鬆散堆積的絮凝體組。

絮凝體的團聚、結合和強化一直持續到明顯懸浮的大絮凝體形成 (2b)。只要粒重、大小和相互作用強度合適,就會發生沉降。大絮凝體對混合非常敏感,一旦被強剪切撕裂,它們就很難或不可能重組。

絮凝在雪花和海底沉積物的形成過程中自然發生,但也有意應用於生物技術、石油、紙漿和造紙、廢水和採礦業。  

為什麼絮凝很重要?

在工業中的應用

生物製藥
完整的、高活力的哺乳動物細胞 由於其大小和分佈而通常易於過濾。 然而,來自細菌和酵母系統的 微生物細胞具有更小的單體細胞單元。微生物細胞或哺乳動物細胞的生物量負擔低, 中位顆粒尺寸小,會產生大量小細胞碎片,從而堵塞篩檢程式並減慢過濾速率。絮凝用於減少顆粒總數,同時增加粒徑分佈,從而改善過濾並確保 細胞材料與上清液的高效且具有成本效益的分離。如果細胞培養產生多種產物和/或副產物,這些 產物和/或副產物在發酵基質的不同細胞結構或微環境中表達,也可以應用絮凝。示例包括膜結合、膜間空間或上清液表達,以及吸附在聚合物上甚至多相捕獲的產物,例如乳液。 

水和 廢水處理
廢水中可能含有大量的懸浮顆粒物,通常需要很長時間才能沉澱。絮凝水處理可加快沉澱速度,確保高效的固液分離。大量用過的水可以快速處理,通過減少用過的水儲存所需的時間和空間,最大限度地減少對環境的影響。 

紙漿和造紙
纖維素纖維是紙漿和紙張中的主要成分之一,但它也需要膠水、浸漬劑和填料才能達到可接受的紙製品所需的片材性能。在脫水過程中 經常使用絮凝法 ,以確保固體材料快速分離並可以大量生產,以結合纖維、填料和其他添加劑。 

貴金屬開採
產品流通常包含各種不同的金屬,需要分離這些金屬才能獲得純凈的產品。單個金屬的選擇性沉澱通常伴隨著絮凝和沉澱,以確保與剩餘液體的快速分離。

用於工藝優化的粒度分析

高效絮凝工藝的關鍵考慮因素

工藝參數和下游性能

絮凝是一項重要的單元操作,需要開發和優化才能高效運行。關鍵考慮因素和工藝參數包括: 

  1. 絮凝劑或混凝劑的種類和濃度
  2. 混合強度、剪切應力和混合時間
  3. 加葯速率、位置和溫度 
  4. 固體濃度
  5. 粒徑和粒數
  6. 下游性能分析:
    • 絮凝的完整性(動力學)
    • 固體去除的處理時間和工作量
    • 液相純度(包括殘留絮凝劑的測量)
    • 過濾能力和效率
    • 濾膜突破碎屑或副產物

絮凝中的液體

絮凝劑、緩衝劑和表面活性劑

絮凝劑添加
絮凝主要由添加的化學試劑的類型和劑量驅動,以引發混凝和顆粒絮凝。輔助驅動因素包括更傳統的物理參數(例如,混合、溫度等)。液體絮凝劑穩定性、混合動力學、均勻性和最終濃度的表徵在工藝表徵過程中與在更明顯的顆粒工程目標(例如, 粒度分佈和計數)中同樣重要。添加的絮凝劑或賦形劑還應表徵其對絮凝結果的影響,以及工藝動力學和監管意義。 

原位ATR-FTIR拉曼光譜 是強大的多屬性方法,可以同時實時跟蹤和定量多種絮凝劑或賦形劑。將這些光譜數據與有關顆粒分佈和動力學的信息相結合,可以幫助確定所需的理想且通常是最少的絮凝劑量,從而最大限度地減少下游去除的負擔。緩衝液和表面活性劑也可以被精確地即時表徵和控制。

絮凝劑去除
在工藝中加入絮凝的決定伴隨著對下游要求的重大權衡,即完全去除添加的絮凝劑、表面活性劑或工藝中間體。這種要求通常會導致工藝時間增加,並且需要額外的分析方法來量化或驗證是否添加任何加工輔料。因此,盡量減少絮凝劑、混凝劑、表面活性劑或其他組分的添加量是有利的。

ATR-FTIR 光譜 或 拉曼光譜 等在線方法在色譜前後集成時,還可以確定產物、絮凝劑和賦形劑的定量傳質測量。這可以作為離線分析方法的潛在補充。

絮凝體斷裂動力學
原位粒度分析儀顯示絮凝體完全發育,絮凝體破碎成為主要過程
如何選擇最佳的絮凝劑
絮凝應用支援
絮凝實驗室儀器

引文和參考文獻

常見問題

關於絮凝的常見問題

絮凝的定義是什麼?

絮凝是液體中的小顆粒聚集在一起形成更大的團塊的過程,稱為絮凝體。這可以自然發生,也可以通過添加某些稱為絮凝劑的化學物質發生。在自然絮凝中,液體中的小顆粒可能由於重力、布朗運動或靜電力等多種因素而聚集在一起。當這些粒子碰撞並粘在一起時,它們開始形成更大的質量,最終可以從液體中沉澱出來。

絮凝也可以通過添加絮凝劑來誘導絮凝,絮凝劑是促進絮凝形成的物質。這些化學物質通過中和顆粒表面的電荷起作用,使它們相互吸引並形成更大的團塊。絮凝劑通常用於廢水處理、採礦和其他需要將固體與液體分離的行業。一旦絮凝體形成,就可以通過多種方法將它們與液體分離,例如沉澱、過濾或離心。所得液體通常比絮凝前更清澈、更易於處理。

什麼是水處理中的絮凝?

混凝-絮凝工藝常用於廢水處理,以去除渾濁和細菌。絮凝促使懸浮顆粒結合在一起並形成稱為“絮凝體”的大型團聚顆粒。 這些絮凝物很容易漂浮到底部的表面或沉積物上,提供了一種有效且具有成本效益的方法來加速它們的分離。

混凝和絮凝有什麼區別?

凝結和絮凝是兩個不同的過程,它們相繼使用,以克服保持懸浮顆粒穩定的力。顆粒的電荷通過凝結被中和,但它們可以通過絮凝結合在一起並生長,這使得它們更容易從液體中去除。 閱讀更多關於絮凝與凝血的資訊。

什麼是絮凝懸浮液?

絮凝懸浮液是指固體顆粒在液體中的混合物或分散體,其中顆粒聚集在一起並形成更大的團簇或聚集體,稱為絮凝體。這些絮凝體通過微弱的物理力(例如范德華力或顆粒之間的橋接)結合在一起,而不是均勻分佈在整個液體中。懸浮液中絮凝體的形成導致固體顆粒沉降或分離,使其更容易從液相中去除或過濾。絮凝通常用於各種行業,包括廢水處理、採礦和化學加工,以促進懸浮固體與液體的分離和澄清。