硫酸铝和活性炭离子交换树脂脱色 (树脂吸附与活性炭吸附有机气体)

  • 活性炭: 不同材质和形状的活性炭在市场应用广泛,常用于糖汁脱色的主要有粉末活性炭和颗粒活性炭。
  • 树脂: 树脂主要包括有机合成类的离子交换树脂和吸附树脂,离子交换树脂厂商都有供应不同的基体和*能官**团的脱色树脂,现在市场上主要有3种基体类型的树脂,基于疏水性的差别,苯乙烯基体表现出更强的疏水性,丙烯酸系和酚醛系基体则表现除较好的亲水性,这种亲、疏水性的特性对脱色效果有着非常重要的影响。除了化学结构,有机吸附剂还有一些非常重要的多孔结构;所有这些特性都是影响树脂在糖汁中脱色的重要因素。

脱色树脂与吸附树脂,吸附树脂好还是活性炭好

有机聚合物结构

现在大孔吸附树脂也渐渐开始在工业脱色中得到应用,较大孔径的特性能够吸附有机大分子色素,虽然现在市场上大部分的有机吸附剂和离子交换树脂都是球状,但颗粒状和粉末状有机材料也有相应的应用。

  • 色素: 根据色素自然属性,在结晶中或多或少会被脱除一部分,而糖液中的色素来源很广,种类复杂,整体分为两大类:来自于甘蔗的天然色素和糖汁生产过程中产生的色素,而大量色素是在洗糖步骤和澄清步骤中被脱除。
  • 色素主要特性是疏水性(无极性),包括了较大的分子量范围,它们在高PH值下表现出阴离子形态。

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色素分类

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不同类型吸附剂的典型特性

  • 疏水效应: 活性炭基本上是无极性的表面,而有机吸附剂是有机性的(丙烯酸系与苯乙烯相比有较强的极性);而大部分素色是非极性分子,它们的疏水部分被吸附在吸附剂上,有机吸附树脂在脱色中能够发挥更好的作用(强疏水性、高比表面积),不含*能官**团或少量*能官**团能够使其在高盐含量情况下应用,良好的渗透强度使其能够适应不同的溶液环境(温度、PH、浓度、氧化剂)。由于其对非极性色素分子的吸附效果较强,普通的化学再生比价困难,而且这种有机吸附剂的价格也比其他吸附介质要高,但其对非极性色素分子高效吸附性能使其在抛光阶段发挥重要作用,可以作为粉末活性炭的替代品。
  • 离子交换: 色素分子在偏碱性的PH条件下以阴离子形态存在,可以通过取代氯离子而被树脂吸附,使色素阴离子与树脂中阳离子以离子键形式结合从而达到去除色素的目的;
  • 氢键: 氢键是分子中H元素与多电子元素之间形成的静电吸引力,颗粒活性炭吸附机理主要是范德华力(化学基团间双级的相互作用力,活性炭表面的吸附机理主要就是这种键合的范德华力);离子交换树脂吸附机理结合了离子交换、范德华力、氢键等。

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离子交换树脂吸附色素机理

  • 脱色工艺: 离子交换树脂和颗粒活性炭在工艺上大部分是相似的,但树脂系统设计更灵活, 可以根据进料的色素情况和所要脱色的目标进行相应的调整,从而得到更优化的工艺方案。
  • 离子交换工艺: 逆流再生能够获得低泄漏、品质良好的出料,能够悬浮在糖浆中,由于进料糖浆中色素千变万化,这决定了系统设计有单床系统和复床系统,进料色素也决定了树脂的选型,当进料糖浆色素较低的情况下,倾向于选择苯乙烯系树脂,而进料糖浆色素较高时选择丙烯酸系树脂,目前大部分工艺结合了两种树脂类型满足进料色素波动的要求,从而得到理想的脱色效果。

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离子交换脱色工艺流程

离子交换脱色工艺主要缺点在于树脂再生将产生废液(废水、废酸、废碱);通过纳滤膜卤水回收系统,以将该脱色工艺技术最大限度减少了水的消耗,且再生剂可被回收80%-90%,这种组合了树脂脱色与纳滤膜卤水回收的技术很好地满足了工厂环保要求,尤其对于废水排放有严格要求的客户。

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离子交换脱色废液再生回收系统

  • 活性炭脱色工艺: 活性炭系统基本上有三种方式:①固定床,②脉动床,③移动床,目前主要应用的系统为①和②;颗粒活性炭那和离子交换树脂有很多相似的地方(如操作程序);颗粒活性炭和离子交换树脂对某种特定色素的吸附是有区别的,不过在合理设计下,活性炭和离子交换树脂都能够达到相同的脱色效果。

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不同介质对不同色素的去除效率

离子交换树脂和颗粒活性炭在处理脱色工艺成本上也有一定差别,根据部分工厂运行效果状态和实际情况来看,颗粒活性炭的吨水成本略大于离子交换树脂+纳滤膜回收系统。

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