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新生亚硫酸钙在糖汁清净过程中的机理

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-04-05
核心提示:糖汁清净过程是制糖工业中的一道关键工序,其目的是最大程度地除去糖汁中的非糖成分以及提高糖汁pH值,从而减少蔗糖的转化率。清净效果不仅影响糖汁的过滤性和蔗糖结晶,并且还会影响清汁色泽、蔗糖晶体的形貌以及杂质含量。
   糖汁清净过程是制糖工业中的一道关键工序,其目的是最大程度地除去糖汁中的非糖成分以及提高糖汁pH值,从而减少蔗糖的转化率。清净效果不仅影响糖汁的过滤性和蔗糖结晶,并且还会影响清汁色泽、蔗糖晶体的形貌以及杂质含量。然而,糖汁中悬浮的胶体微粒性质十分稳定,在重力的作用下不易沉降下来。因此,研究糖汁微粒间的相互作用以及絮凝沉降过程尤为重要。在过去的几十年中,亚硫酸法因其流程短、能耗低、操作简单而被广泛运用。目前,国内外在糖汁清净工艺优化和改进方面的研究较多,对清净机理的研究较少。
 
  来自广西科技大学生物与化学工程学院的向富友、李利军和程昊以糖汁亚硫酸法清净工艺为研究对象,通过探讨吸咐非糖成分后的CaSO3沉淀(新生CaSO3)的微观形貌和化学结构,进一步研究新生CaSO3微粒的吸附特性和凝聚性能。
 
  1、XRD晶体结构
 
  2θ分别为15°、28°、34°、49°对应的特征峰,无论位置还是衍射峰强度都与标准卡片上的亚硫石膏(39-0725)物相拟合,说明沉淀得到的是亚硫石膏物相(CaSO3)2·H2O,其中SO2含量为49.60%,CaO含量为43.42%,水的含量为6.98%。
 
  2、傅里叶变换红外光谱特征
 
  在1 640 cm-1和3400 cm-1两处的吸收峰分别是由于水分子中的H—O—H的扭曲振动和伸缩振动所引起。950~1000 cm-1波段范围内的吸收带、492 cm-1和520cm-1的特征峰证明了SO3的存在。其中1100~1170cm-1波段范围内为SO42-的特征吸收带,亚硫酸钙-硫酸钙((CaSO4)x·(CaSO3)1-x·0.5H2O)固溶物则可通过在1215 cm-1处的唯一特征峰表征出来。其中2850 cm-1和2925 cm-1两处的吸收峰分别是C—H的对称伸缩振动和非对称伸缩振动引起的,这新生CaSO3在1107、1138、1215 cm-1处的特征峰的锋强度相比于对照CaSO3相同位置出现明显下降,说明CaSO3对糖汁非糖分的吸附和包埋作用减少了CaSO3向CaSO4的转化。
 
  3、SEM图像分析
 
  与对照CaSO3相比,新生CaSO3的微观形貌发生了明显的变化,对照CaSO3的微观形貌为花瓣状,颗粒的表面比较光滑;而新生CaSO3的微观形貌则表现为球形状的聚集体,颗粒表面呈现出粗糙多孔的结构,这是由于新生CaSO3颗粒内部吸附和包裹了大量糖汁杂质。
 
  4、CaSO3对糖汁非糖分的吸附等温线
 
  在CaSO3相同吸附平衡质量浓度下,CaSO3对糖汁非糖分的平衡吸附量随着温度的升高而逐渐增大,说明吸附过程主要以化学吸附为主。不同温度条件下的CaSO3的平衡吸附量均并未出现最大值。
 
  5、CaSO3对糖汁非糖分的吸附热力学
 
  吸附自由能ΔG<0,说明CaSO3对糖汁非糖分的吸附过程是自发进行的,其数值随着温度的升高逐渐增大,ΔH(4.99 kJ/mol)>0,说明吸附过程表现出吸热和化学吸附的特点,在实验温度范围内,升高温度对吸附有利;ΔS>0,说明CaSO3吸附糖汁非糖分是熵推动的过程。
 
  6、CaSO3对糖汁非糖分的吸附动力学
 
  根据吸附动力学、热力学和等温线的结果可知,CaSO3对糖汁的清净过程主要以化学吸附为主,且随着温度的升高,吸附作用逐渐增强。
 
  结 论
 
  新生CaSO3絮凝物呈现出疏松多孔的表面结构,对糖汁中悬浮的胶体微粒具有很强的吸附能力。实验数据拟合结果表明,新生CaSO3对糖汁清净过程符合准二级动力学模型和Temkin吸附等温线。热力学参数显示出CaSO3的吸附是自发吸热的过程。同时,通过X射线衍射图谱和傅里叶变换红外光谱对絮凝物的成分和结构进行分析,进一步研究了新生CaSO3在糖汁清净过程中的吸附与包埋机制。
 
 
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