摘要：

本文通过分析典型离子型与非离子型起泡剂的界面行为，探讨其对泡沫性能的影响机制。结果表明，离子型起泡剂在相同浓度下表现出更低的表面张力和更高的泡沫扩张模量，因而具有更强的起泡能力和更优的泡沫稳定性。随着浓度增加，离子型起泡剂的表面张力逐渐降低，扩张模量持续升高，泡沫的起泡能力与稳定性同步增强；而对非离子型起泡剂而言，尽管表面张力随浓度上升而下降、起泡能力提高，但其扩张模量却随之减小，导致泡沫稳定性降低。该差异源于两类起泡剂分子在气液界面的吸附动力学与膜力学行为的不同。

引言

泡沫浮选是一种基于矿物与脉石表面润湿性差异的选矿技术，其过程发生在固-液-气三相交界区域。浮选药剂通过调控界面性质来实现目标矿物的选择性分离。其中，起泡剂主要作用于气液界面，影响气泡的生成、尺寸分布及寿命，从而决定浮选效率。起泡剂的作用不仅体现在降低溶液表面张力以促进气泡形成，还体现在增强泡沫膜的机械强度，提升泡沫稳定性。

已有研究表明，起泡剂浓度变化会显著影响泡沫半衰期、表面张力及界面流变特性。泡沫稳定性的本质与气液界面的粘弹性密切相关，而界面扩张模量是衡量界面抵抗形变能力的重要参数。因此，深入理解不同类型起泡剂在不同浓度下的界面行为，对于优化浮选工艺具有重要意义。

本文选取典型的离子型起泡剂十二烷基硫酸钠（SDS）与非离子型起泡剂仲辛醇作为研究对象，利用界面流变技术系统分析其表面张力与扩张模量的变化规律，揭示起泡剂类型与浓度对泡沫性能的影响机制。

1.实验方法

采用上升气泡法测定溶液的表面张力，利用界面流变仪结合小幅低频振荡技术测量气液界面的扩张模量。实验过程中，通过控制正弦扰动改变气泡表面积，记录相应的表面张力响应，并根据公式计算界面扩张模量：

其中$E$为扩张模量，$gamma$为表面张力，$A$为界面面积。该方法可有效反映界面膜在动态扰动下的恢复能力，进而评估泡沫稳定性。

2.结果与讨论

2.1离子型起泡剂（十二烷基硫酸钠）的界面行为

十二烷基硫酸钠作为一种阴离子表面活性剂，在水溶液中能够有效降低表面张力。随着浓度的增加，其分子逐步富集于气液界面，导致表面张力持续下降。当浓度接近临界胶束浓度（CMC）时，界面趋于饱和吸附，表面张力达到最低值并保持稳定。该趋势表明，SDS分子在界面的有序排列显著降低了体系的表面能，从而增强了起泡能力。

与此同时，SDS溶液的界面扩张模量随浓度增加而增大。这归因于其较强的界面膜强度和快速的分子扩散与再吸附能力。当泡沫界面受到外界扰动时，高浓度下的SDS分子能迅速从体相迁移至界面，补偿因面积扩张引起的表面浓度下降，从而维持较高的表面张力响应，表现出较大的扩张模量。这一特性赋予其生成的泡沫良好的抗破裂能力，提升了整体稳定性。

此外，由于SDS分子带有电荷，其在界面形成的双电层结构也增加了相邻气泡间的静电排斥作用，进一步抑制了泡沫聚并，延长了泡沫寿命。

2.2非离子型起泡剂（仲辛醇）的界面行为

仲辛醇作为非离子型起泡剂，同样具备降低表面张力的能力。随着浓度升高，其分子逐渐吸附于气液界面，使表面张力下降，并在达到一定浓度后趋于平台，表明界面吸附趋于饱和。

然而，与离子型起泡剂不同的是，仲辛醇溶液的界面扩张模量随浓度升高而呈现下降趋势。这一现象可能与其分子结构及界面动力学有关。仲辛醇分子缺乏电荷相互作用，界面膜主要依赖范德华力和氢键维持结构完整性。在高浓度条件下，体相中分子浓度过高可能导致界面分子排列过于密集或发生局部堆积，反而削弱了界面膜对外界扰动的响应能力。同时，高浓度下分子扩散速率受限，界面修复机制变慢，导致扩张模量降低。

尽管仲辛醇能有效降低表面张力并提升起泡能力，但由于其界面膜的粘弹性较差，泡沫在受到剪切或扰动时更容易破裂，因此泡沫稳定性相对较弱。

比较两类起泡剂可见，离子型起泡剂在相同浓度下通常具有更低的表面张力和更高的扩张模量，因而兼具优良的起泡性和稳泡性；而非离子型起泡剂虽能有效起泡，但在高浓度下存在泡沫稳定性下降的风险。

3.结论

1.起泡剂浓度的增加普遍有助于降低表面张力，提升起泡能力。

2.对于离子型起泡剂（如十二烷基硫酸钠），随着浓度上升，界面扩张模量增大，泡沫稳定性增强，体现出优异的综合泡沫性能。

3.对于非离子型起泡剂（如仲辛醇），虽然起泡能力随浓度增加而增强，但其扩张模量随浓度升高而减小，导致泡沫稳定性下降。

4.离子型起泡剂因其较强的界面吸附能力和电荷效应，在起泡能力和泡沫稳定性方面均优于非离子型起泡剂。

本研究从界面物理化学角度揭示了不同类型起泡剂的作用机制，为浮选药剂的选择与优化提供了理论依据。