糖蜜酒精废液论文：用离子交换纤维从糖蜜酒精废液中提取色素

糖蜜酒精废液论文：用离子交换纤维从糖蜜酒精废液中提取色素 糖蜜酒精废液论文:用离子交换纤维从糖蜜酒精废液中提取 色素 摘要:采用离子交换纤维(,,,)提取糖蜜酒精废液中的色素，考察了脱色体系温度、,,,填装高度、废液流速等因素对动态脱色的影响。结果表明，用,,(,, , ,,,动态脱色的最佳条件是废液流速为, ,,,,,,、,,,填装高度为,,(, ;,、脱色体系温度为,, ?，脱色率可达,,(,,,。采用红外光谱对提取的色素进行表征，可知其含有羟基和羰基。根据移动边界模型对试验过程的描述，推导出,,,吸附色素的动力学方程为:,,,(,,,),,,，,(,,,),,,(,, ,,,;,,(,,,,,,,,,×,。 关键词:糖蜜酒精废液;离子交换纤维(,,,);色素;动力学方程 ,,,,,;, ,,,,,,, ,,,, ,,,,,;,,, ,,,,,,,, ,,;,,,, ,,,,,,,,,, ,, ,,, ,,;,,,,, ,,,,, ,,, ,,,,,,,,,，,,,, ,,,,,,,，,,,, ,,,,,,,,,,，,, ,,,,,,,,,,，,,, ,,,,,,,, (,(,;,,,, ,, ,,,,, ,,,,,, ,, ,,, ,,,, ,,,,,,,,,,,， ,,,,,,, ,,,,,,,,,,， ,,,,,,,,,,,,,， ;,,,,; ,(,,,,,,, ,,,,,;,,, ,,,,,,;, ,,,,,,,,,， ,,,,,,,,,,,,,， ;,,,,) ,,,,,,;,: ,,,,,,, ,,, ,,,,,;,,, ,,,, ,,,,,;,,, ,,,,,,,, ,,;,,,, ,,,,,,,,,, ,, ,,, ,,;,,,,, ,,,,,(,,,)( ,,, ,,,,;,, ,, ,,;,,,,,,,,, ,,,,,,’s ,,,,,,,,,,,， ,,,,;,,, ,, ,,,,,,,,,,， ,,,,,,, ,,,,,, ,, ,,, ,, ,,, ,,,,,,; ,,;,,,,,,,,, ,, ,,,,,,,, ,,;,,,, ,,,,,,,,,, ,,,, ,,,,,,,,,,,,( ,,, ,,,,,, ,,,,,, ,,,, ,,, ,,,,,,, ;,,,,,,,,, ,,,,， ,,,,;,,, ,, ,,,,,,,,,,， , ,,,,,,; ,,,,,,, ,,,,,, ,, ,,,， ,,(, ;,; ,,,,,,,,,,, ,, ,,,;;,,,,,,, ,,,,,,， ,, ?; ,, , ,,;,,,,,,,,, ,,,, ,, ,,,,,;,,, ,,,,,,,, ,,;,,,, ,,,,,,,,,, ,,, ,,(,,, ,,,,, ,,,,, ;,,,,,,,,,( ,;;,,,,,, ,, ,,,,, ,, ,,, ,,,,,;,,, ,,,,,,,， ,, ,,, ,,,,,,, ,,, ;,,,,,,,( ,,,,, ,, ,,, ,,,,,,,,,,, ,, ,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,， ,,, ,,,,,,; ,？,,,,,, ,, ,,, ,,,,,,,,, ,,,,,,, ,,, ;,,,,;,,, ,, ,,,(,,,),,, ，,(,,,),,,(,, ,,,;,,(,,,,,,,,,×,( ,,, ,,,,,: ,,,,,;,,, ,,,,,,,, ,,;,,,, ,,,,,,,,,,; ,,, ,,;,,,,, ,,,,,(,,,); ,,,,,,,; ,,,,,,; ,？,,,,,, 糖蜜酒精废液是发酵酒精后排出的剩余液体，是浓度高、颜色深、酸度大的有机废水，若不对其加以处理而直接排入水体，不仅会对环境造成十分严重的污染，也会造成废液中所含有的大量有用物质浪费。糖蜜酒精废液中的色素是在制糖加工过程逐步积累而成的多种色素混合物，含有酚类和氨基氮化合物等成分。从废液中提取色素用于食品添加剂 是近几年来新开发的技术，黑龙江省佳木斯市友谊糖厂与中外合资湖南湘潭多味酱料开发有限公司联合研发了利用废液生产食品添加剂——焦糖色素的方法，且提取后的剩余物可用于生产有机复合肥,,,。 离子交换纤维(,,, ,,;,,,,, ,,,,,，,,,)是在离子交换树脂产品基础上开发的具有一定特性的功能新 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 。它与普通离子交换树脂不同，其内部成丝状，同一体积的树脂纤维要比普通颗粒树脂表面积大,,倍左右,,,，吸附能力强，除色效果好。但目前使用,,,处理糖蜜酒精废液的研究较少，本研究探讨了从糖蜜酒精废液中提取色素的最佳工艺条件，探索了,,,的作用机理，并推导了交换过程的动力学总方程式，为日后工业化生产和使用提供了试验和理论基础依据。 ,材料与方法 ,(,原料与试剂 糖蜜酒精废液，取自广西昌菱糖厂，锤度为,,(,?,,。,,,,型聚丙烯基强碱性阴离子交换纤维，桂林正翰科技开发有限责任公司生产;絮凝剂，美国产,;,,,,,型聚丙烯酰胺，相对分子质量为,(,×,,,;,,;,、,;,、,,,,、甲醇、氨水均为市售，分析纯。 ,(,方法 ,(,(,糖蜜酒精废液的澄清处理称取,(, ,, , ;,,,,,型絮凝剂加入,,, ,,糖蜜酒精废液中，水浴加热，保持絮凝体系温度为,, ?，调节絮凝体系,,为,，,, ,,,,,搅拌, ,,,后静置,, ,,,，上层清液即为澄清后的糖蜜酒精废液。 ,(,(,,,,的预处理,,,用煮沸过的冷蒸馏水浸泡,, ,后湿法装柱，除去,,,间气泡。填装完后，先用,, ,;l洗，再用蒸馏水洗至中性，用,, ,,,,过柱，用蒸馏水洗至中性，再用,, ,;,将纤维转为氯型，通入蒸馏水洗至中性,,,。 ,(,(,,,,对糖蜜酒精废液的脱色处理澄清后的糖蜜酒精废液加热到一定温度用于脱色试验。采用单因素试验和正交设计考察脱色体系温度、,,,填装高度和废液流速,个因素对脱色率的影响。 ,)单因素试验。?脱色体系温度:取,,(,, ,预处理的,,,湿法装柱，填装高度为,,(, ;,，取澄清后的糖蜜酒精废液,, ,,，以, ,,,,,,的流速通过离子交换柱，考察脱色体系温度分别为,,、,,、,,、,,、,,、,,、,,、,,和,,, ?时的脱色率;?,,,填装高度:取,份,,(,, ,预处理后的,,,，湿法填装于,, ,,×,,, ,,的离子交换柱中，填装高度分别为,,(,、,,(,、,,(,、,,(,、,,(, ;,，将,, ,,澄清后的糖蜜酒精废 液在,, ?下以, ,,,,,,的流速通过离子交换柱，计算脱色率;?流速:取,份,,(,, ,预处理后的,,,，湿法填装在,, ,,×,,, ,,的离子交换柱中，填装高度为,,(, ;,，在,, ?下，使,, ,,糖蜜酒精废液分别以,、,、,、,,、,, ,,,,,,的流速通过离子交换柱，计算脱色率。 ,)正交设计。设计三因素三水平正交试验考察脱色体系温度、,,,填装高度、废液流速对脱色率的影响，因素和水平见表,。 ,(,(,色值及脱色率的计算方法?色值,,,,,nm,，式中,,,, ,,为,,, ,,下测得的样液吸光度;,为比色皿的厚度，单位为;,;;为样液固溶物浓度，单位为,,,,，;,,,,。?脱色率,×100% ,(,(,提取色素的表征在红外吸收光谱(,,)仪上测定提取色素和单倍焦糖色素MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1714739316219_0样的红外吸收光谱图。 ,结果与讨论 ,(,,,,对糖蜜酒精废液的脱色条件优化结果 ,(,(,脱色体系温度对脱色率的影响,,,对糖蜜酒精废液的脱色率先随脱色体系温度的升高而升高，在,, ?达到最高，此后脱色率随着温度的升高略有下降(图 ,)。脱色过程即吸附交换过程，,,,表面的活性点与溶质之间发生化学结合，产生电子转移现象，吸附交换过程主要是放热反应，温度对交换过程有一定影响，温度低时吸附交换反应向正反应方向进行，吸附色素较多，脱色率较高:温度过高时吸附交换反应向逆反应方向进行，吸附色素减少，脱色率降低,,，,,。 ,(,(,,,,填装高度对脱色率的影响脱色率随着,,,填装高度的增大先减小后增大(图,)。这是由于相同质量的,,,填充在离子交换柱中，填装的高度越小，,,,在交换柱内的密度越大，糖蜜酒精废液与其发生吸附交换的几率越大，故脱色率高;填装的高度越大，,,,在交换柱内的密度越小，发生吸附交换反应的几率越小，故脱色效果差。但随着填装高度的进一步增大，糖蜜酒精废液与,,,的接触时间延长，脱色效率也会提高。 ,(,(,废液流速对脱色率的影响脱色率随着废液流速的增大而降低，流速为, ,,,,,,时，,,,对糖蜜酒精废液的脱色率最高(图,)，废液在离子交换柱中的流速越慢，固液两相接触越充分，因此脱色效果更好。 ,(,(,正交试验结果及分析由正交试验结果分析可知，影响,,,对糖蜜酒精废液脱色率的因素由主到次依次为废液流速、脱色体系温度、,,,填装高度;最佳脱色条件是脱色体系温度,, ?、,,,填装高度,,(, ;,、 废液流速, ,,,,,,。在最佳条件下进行验证试验，重复,次，得到糖蜜酒精废液平均脱色率为,,(,,,，高于正交试验所有组合。 ,(,提取所得色素的红外吸收光谱分析结果 由糖蜜酒精废液中提取的色素的红外吸收光谱(图,)可知，其在, ,,,(,, ;,,,处有ν,,,吸收峰;在, ,,,(,, ;,,,处有ν;,,吸收峰，在, ,,,(,, ;,,,处有水峰，在, ,,,(,, ;,,,处的吸收峰表明色素中含有多羟基官能团。而单倍焦糖色素的红外吸收光谱(图,)显示其在, ,,,(,, ;,,,处有ν,,,吸收峰;在, ,,,(8, ;,,,处有水峰，在, ,,,(,, ;,,,处有羟基的吸收峰,,,。可以看出，从糖蜜酒精废液中提取的色素与单倍焦糖色素含有相似的官能团，都含有羟基。此外提取的色素含有单倍焦糖色素标准样中所没有的羰基，说明提取的色素结构比较复杂，不仅含有羟基，而且含有羰基。 ,(,,,,吸附色素的动力学方程 移动边界模型认为，离子交换过程一般需经历,个步骤:?离子由溶液经液膜扩散到纤维表面;?离子由纤维表面向纤维内部扩散;?离子在纤维内活性基位置发生交换反应。因此离子交换过程受液膜扩散、颗粒扩散和化学反应,个步骤速度的影响，而其中速度最慢的一步是离子交换过程 的速度控制步骤,,,。移动边界模型的膜扩散、颗粒扩散和化学反应控制方程分别为,,,: 膜扩散:,,t; 颗粒扩散:,,,(,,,),,,，,(,,,),,,; 化学反应:,,(,,,),,,,t。 上述,个方程式中;,为溶液初始固溶物浓度(,,,,)、？为纤维的交换容量(,(, ,,,l,,)、α为化学计量系数、,,为膜扩散系数(;,,,)、,c为化学反应速率常数、,为表观速率常数、,为反应时间(,,,)、,为纤维颗粒半径(,(,×,,,, ,)、,为交换度，,,，,?,，其中,为废液体积(,,)，;,为第,次取样时溶液的固溶物浓度(,,,,)、,为纤维质量(,)。 选定在体系温度、溶液初始固溶物浓度皆相同的状态下做离子交换试验，试验数据经过移动边界模型的,个方程分别处理(图,)，以确定交换过程的速度控制步骤。结果显示上述,个方程的相关系数,,分别为,(,,,，,(,,,，,(,,,，可见,,,(,,,),,,，,(,,,)与反应时间,具有最好的线性关系，由此可以判定，离子交换过程的速度控制步骤为颗粒扩散。 由颗粒扩散方程可以得到一系列的表观速率常数,，而,可以表示为粒径、溶液浓度和反应温度的函数关系,, ,,:,,,,,,,;,,,,,,,，式中,为理想气体常数，,为热力学温度。 将反应级数,(,,,(,,, ,)，活化能,a(,a, -19 950 ,,,,l)代入表观速率常数,的表达式，可以求得离子交换过程的速率常数,,,,,(,,。然后将速率常数,,、反应级数,、活化能,a表示的表观速率常数,代入颗粒扩散方程，得到交换过程的动力学总方程式为:,,,(,,,),,, ，,(,,,) ,,,(,, ,,,;,,(,,, ,,,,,,×,。 ,结论 本研究使用,,,从糖蜜酒精废液中提取色素，探索出使用,,(,, , ,,,动态脱色的最佳条件是废液流速为, ,,,,,,、,,,装填高度为,,(, ;,、脱 ，脱色率为,,(,,,。并用红外色体系温度为,, ? 光谱进行表征，结果表明从糖蜜酒精废液中提取的色素结构比较复杂，不仅含有与单倍焦糖色素相似的官能团羟基，还含有羰基。推导出了,,,吸附色素的动力学方程为:,- ,(, , ,),,, ， ,(, , ,) ,,,(,, ,,,;,,(,,, ,,,,,,×,，为使用,,,从糖蜜酒精废液中提取色素的进一步研究 提供了理论依据。 参考文献: ,,, 龚美珍，殷绍平( 糖蜜酵母废水提取焦糖色素的研究,,,( 中国调味品，,,,,(,,):,,,,,( ,,, ,,,,,,,, ,，,,,,,,,,, ,( ,,,,,,, ,, ,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,, ,,;,,,,, ,,,,,( ,i: , ,,,,, ,,,,,,,,,, ;,,,,,,, ,,, ,,;,,,, ,,,,,,,,, ,,, ,,,,,, ,;,,,,, ,,,,,,,,,,,,,( ,,,,,,,, ,, ,,, ;,,,,;,, ,,;,,,, ,, ,,,,,，,,,,， ,,(,):,,,,,,,( ,,, 卢琼，曾庆轩，冯长根( 强碱性阴离子交换纤维在糖汁脱色中的应用,,,( 应用化工，,,,,，,,(,):,,,,,,,( ,,, 中国轻工总会甘蔗制糖业质量监督检测中心( 甘蔗制糖业化学管理分析方法,,,( 北京:轻工业出版社，,,,,( ,,, 曾庆轩， 邓琼，冯长根( 离子交换纤维对亚硫酸法糖汁脱色性能研究,,,( 离子交换与吸附，,,, ,，,,(,):,,,,,( ,,, 李鑫，曾庆轩，冯长根(阴离子交换纤维对活性染料废水的脱色研究,,,( 合成纤维工业，,,,,，,,(,):,,,( ,,, ,,,,,;, ,， ,,,,,,,, ,，,,,,,,,, ;( 波谱数据表——有机化合物的结构解析,,,(荣国斌(译( 上海:华东理工大学出版社，,,,,( ,,, 王永利，马晓建，常春( 离子交换树脂吸附乙酰丙酸的动力学研究,,,( 离子交换与吸附，,,,,， ,,(,):,,,,,,,( ,,, 姜志新( 离子交换动力学及其应用(上),,,( 离子交换与吸附，,,,,，,(,):,,,,,(