论文部分内容阅读
本文以甜菜粕为原料,通过酸提醇沉法去除果胶,残余甜菜粕纤维经化学修饰获得吸附能力强、成本低廉、可循环使用的一种新型吸附剂,并研究这种改性甜菜粕纤维吸附剂对糖液的脱色作用和脱钙作用。论文工作主要包括改性甜菜粕纤维吸附剂的制备,结构表征及其对糖液的脱色和脱钙作用及机理,以及吸附剂再生和循环利用等,主要研究结果和结论摘要如下:(1)以环氧氯丙烷/乙二胺为改性试剂,对甜菜粕纤维进行脱色改性,并以改性甜菜粕纤维中氮元素的增加量(△N%)为指标,通过单因素试验和正交试验确定了甜菜粕纤维胺化反应的最佳工艺条件为:乙二胺浓度30%、温度80℃、反应时间7h和NaHCO3浓度1.5%,此条件下改性甜菜粕纤维中的氮元素增加量为1.25%。采用X-射线衍射(XRD)、红外光谱扫描(FTIR)和扫描电镜(SEM)等手段对改性甜菜粕纤维吸附剂的物化性质和表面结构进行了表征,比较改性前后甜菜粕纤维的性质变化。结果表明:FTIR分析和X-射线衍射结果表明改性甜菜粕纤维成功引入环氧基和胺基基团;SEM结果显示改性后甜菜粕纤维表面形态发生变化,说明改性甜菜粕纤维吸附剂发生了环氧化和胺化的改性反应。(2)以16%(w/w)的糖液(锤度15°Brix和色值1106 IU)为脱色对象,确定了改性甜菜粕纤维吸附剂对糖液脱色率的最佳工艺条件为:改性甜菜粕纤维吸附剂用量为5g/100 mL、pH值为5.0、反应温度为80℃和反应时间为30 min。此时改性甜菜粕纤维对糖液脱色率达到60.8%。此外,用12%的氯化钠溶液对饱和吸附剂进行再生后,吸附剂仍可循环使用,且循环8次后再生率仍然保持在89%以上。(3)以柠檬酸为改性试剂,对甜菜粕纤维进行羧基化改性,以吸附剂中羧基官能团含量为指标,通过单因素试验和正交试验得到了甜菜粕纤维羧基化反应的最佳工艺条件为:柠檬酸添加量为9g、反应温度90℃和反应时间为7h,在此最优条件下制得的改性吸附剂中羧基官能团含量为4.12 mM/g。通过X-射线衍射(XRD)、红外光谱扫描(FTIR)和扫描电镜(SEM)对改性甜菜粕纤维吸附剂的物化性质和表面结构进行表征,结果显示羧基官能团被成功引入甜菜粕纤维中,且羧基化改性后甜菜粕纤维吸附剂的分子结构和形态发生了变化。(4)以钙含量为500 mg/L、锤度15°Brix的糖液为对象,实验得出羧基化改性甜菜粕纤维吸附剂对糖液脱钙的最佳工艺条件为:羧基化改性甜菜粕纤维吸附剂用量为6g/500 mL、pH值为6.0、反应温度为45℃和反应时间为60 min。在此最优条件下,羧基化改性甜菜粕纤维对糖液钙离子的去除率达到68.8%。根据吸附动力学和吸附等温线结果所示,拉格朗日拟二级动力学模型以及Langmuir等温吸附模型能更好描述吸附剂对钙离子的吸附过程,表明羧基化改性甜菜粕纤维吸附剂对稀汁中的钙离子吸附属于单分子层的化学吸附过程;此外,用8%氯化钠溶液对饱和吸附剂再生后,吸附剂还可循环使用,且循环8次后再生率保持在86%以上。