浅析BAC-膨润土在蔗汁中的实验研究

[摘要]用苄基二甲基十四烷基氯化铵（BAC）对天然膨润土进行改性，制得BAC-膨润土。用BAC-膨润土澄清蔗汁，研究其在提高纯度及去色率的影响因素及适宜条件。实验表明，BAC-膨润土对蔗汁澄清有显著的效果，明显提高了纯度及降低了色素。本研究为改性膨润土在蔗汁澄清方面的研究提供了有价值的参考数据。

[关键词] 膨润土；苄基二甲基十四烷基氯化铵；蔗汁

Study on the treatment of sugar juice using BAC-bentonite

Chen Yao, Sun Weidong, Sun Xiao, Sun Xiaoxue and Zhang Yehui,

 

(Light Industry and Food Engineering College, Guangxi University , Nangning 530004 China)

Abstract：Bentonite is modified with benzyldimethyltetradecylammonium chloride(BAC).Then BAC-bentonite is examined for its ability to improve pure degree and color from sugar juice .The result indicates that the efficiency of BAC-bentonite has been enhanced obviously. This research may provide valuable date for bentonite’s modification and its application in treating sugar juice.

Key words：Bentonite ，Benzyldimethyltetradecylammonium chloride，Sugar juice

 

引言

澄清过程是制糖工艺中最重要的一环。如何最有效的澄清蔗汁，是制糖工作者致力解决的问题。在我国现阶段，糖厂一般采用的澄清方法是石灰法及亚硫酸法，其蔗汁澄清过程其实就是一个胶体化学的过程，引起胶体聚沉的方法主要是通过添加电解质、改变温度或浓度等^[1]。但是这两种方法都有其自己的不足之处^[2]。

膨润土具有较高的阳离子交换容量及良好的吸附性能，为其在环保及其他领域中的应用奠定了基础。近年来，国内外有关膨润土在废水及果汁处理方面的应用越来越广泛^[3]。用膨润土处理具有制备简单、价格低廉、可同时除去多种污染物、去除效率高特点，因此其具有广阔的应用前景^[4]63。目前，国内外学者关于天然及改性膨润土对废水处理的研究较多^[5]，而对其在在蔗汁上的研究报导很少。用不同种类的表面活性剂改性膨润土，已成为当前科学研究的热点之一。用苄基二甲基十四烷基氯化铵（BAC）对膨润土进行改性^[4]64，笔者用BAC-膨润土对蔗汁进行处理，取得良好的效果。本研究为改性膨润土在蔗汁澄清中应用研究提供了基础数据，为膨润土在蔗汁澄清的应用开拓了一个新的领域。

 

1         实验部分

 

1.1  实验材料与试剂

钙钠质膨润土为浙江临安产，主要成分为蒙脱石，阳离子交换容量（CEC）为1.00mmol/g,比表面积76.0m²/g。主要化学成分：SiO₂  80.7%,Al₂O₃ 8.5%,Fe₂O₃ 1.9%,MgO 4.0%,CaO 1.1%,Na₂O 2.7%和k₂O 1.0% ^[6]。苄基二甲基十四烷基氯化铵为分析纯。

实验所用蔗汁（混合汁）取自广西凤山糖厂。

1.2       主要仪器及药品

1．2．1 仪器

320PH  meter酸度计，  HJ3-恒温磁力搅拌器，    阿贝折光仪(WAY-2S  ABBE REFRACTACTOMETER) ，     721-100型分光光度计，   WZZ-T₂ 旋光仪 ，电热恒温玻璃水浴锅 ，   微孔膜过滤器(φ150MM孔径0.45μm) ， HANCPINC FA2004 分析天平（0.1mg），   DJ1000型电子精密天平，   可调式电炉，  微波炉，  标准检验筛（200目 300目），800B型离心机，  101-1型电热鼓风干燥箱。

1．2．2 药品

亚硫酸，磷酸溶液，石灰乳，0.05mol/L的盐酸，0.05mol/L氢氧化钠溶液，糖用碱性醋酸铅（均为分析纯A.R），150g/L氢氧化钠。

1.3         BAC-膨润土的制备

用蒸馏水将BAC配成质量分数为5.5%的溶液200mL,往溶液中加入100g膨润土，混合均匀，在107r/min的搅拌速度和50℃左右的条件下水浴加热2h,真空抽滤，用蒸馏水洗涤沉淀至滤液无氯离子（用AgNO₃指示剂检验），在90℃左右烘干，在110℃下活化1h，研磨后过筛（250目），即得BAC-膨润土^[7]。

1.4       对蔗汁澄清的处理方法及步骤

a.对BAC:  混合汁→加磷酸→ 预灰（石灰乳）→一次加热→硫熏→中和（石灰乳+BAC-膨润土）→二次加热→加絮凝剂→沉降→过滤→清汁

b.对原土：混合汁→加磷酸→ 预灰（石灰乳）→一次加热→硫熏→中和（石灰乳+膨润土）→二次加热→加絮凝剂→沉降→过滤→清汁

c.对传统亚硫酸法：混合汁→加磷酸→ 预灰（石灰乳）→一次加热→硫熏→中和（石灰乳）→二次加热→加絮凝剂→沉降→过滤→清汁

 

2        结果与讨论

 

2.1       改性前后膨润土的层间距变化

膨润土的主要成分为蒙脱石，而蒙脱石是由两层硅氧四面体中间夹一层铝（镁）氧八面体组成的2：1型黏土矿物。由于同晶置换作用，层间有水分子及其他交换性阳离子（H⁺、K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Fe²⁺、Mg²⁺等）存在 。用阳离子表面活性剂改性膨润土时，有机阳离子可与膨润土层间的无机阳离子交换，形成以离子键为主的有机复合物^[8]。

X衍射分析结果表明，经BAC改性后膨润土的层间距同1.4607nm增大至2.7732nm。说明BAC已进入膨润土的层状结构中，使层间距增大。

2.2       BAC-膨润土处理蔗汁时的影响因素

从资料及单因子实验可知：主要有三个因素影响蔗汁的澄清：膨润土加入量、PH值、反应时间。温度在100℃时的根据单因素水平试验表明：当pH值增大时，蔗汁会被还原而发生美拉德反应，色值加大;而当pH值降低时，蔗糖会被氧化，导致糖份减少。所以选择中性条件最佳。另外，试验也表明，反应时间不能太长或太短，现选择30分钟左右。且当加入量大于3.0g/L时，已经没有什么效果了。现在采用三水平三因子建立正交试验表L₉（3³）：

 表Ⅰ 正交试验因素水平表L₉（3³）

水平 因素	1	2	3
膨润土加 入量(g/L)	1.5	2.0	2.5
pH值	6	7	8
反应时间(min)	20	30	40

 

 

 

 

 

 

 

                                                   表Ⅱ L₉（3⁴）正交实验结果 

试验号		反  应时间(min)(A)	pH值(B)	膨润土加 入量（g/L）(C)	纯度	色值
1		20	6．0	1．5	87.7	677
2		20	7．0	2．0	89.1	653
3		20	8．0	2．5	87.6	, , 806
4		30	6．0	2．0	89.6	681
5		30	7．0	2．5	91.0	613
6		30	8．0	1．5	87.2	830
7		40	6．0	2．5	88.5	768
8		40	7．0	1．5	90.3	725
9		40	8．0	2．0	88.9	840
纯度	K1	88.133	88.600	88.400	总和T=799.9	总和T=6593
	K2	89.267	90.133	89.200
	K3	89.233	87.900	89.033
	R	1.134	2.233	0.800
色值	K1	712.000	708.667	744.000	平均值之和Y=88.878	平均值之和Y=732.556
	K2	708.000	663.667	724.667
	K3	777.667	825.333	729.000
	R	69.667	161.666	19.333

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

由极差分析可知，对于纯度及色值来说，pH值对两者的影响最大，影响最小的也都是膨润土加入量。从表中我们可以看出对纯度来说最优的组合为：A₂B₂C₂，对色值来说色值最优的组合为：A₂B₂C₂。这说明A₂B₂C₂是能使纯度及色值达到最佳效果的组合，因此我们取A₂B₂C₂这样的一个组合。即反应时间为30min，pH值为7.0，BAC-膨润土加入量为2.0g/L.在这种条件下，能够得到较好的实验结果。

 

2．3          BAC-膨润土与原土及传统亚硫酸法对蔗汁处理效果的比较

用上述实验得到的适宜实验条件，使用传统亚硫酸法及 相关热词搜索： 浅析 实验研究 膨润土 BAC 蔗汁中