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1、脫色脫酸樹脂的原理及應(yīng)用,,離子交換的基本概念,定義：利用離子交換劑能吸附溶液中一種離子同時(shí)放出另一種相同電荷的離子的特點(diǎn)，使這種交換劑和溶液之間進(jìn)行的同號(hào)離子相互交換現(xiàn)象叫離子交換。 離子交換反應(yīng)是可逆的，逆反應(yīng)稱之為再生。因此，離子交換劑經(jīng)再生后可反復(fù)使用。,離子交換劑,定義：凡具有離子交換能力的物質(zhì)，統(tǒng)稱為離子交換劑。 分類：離子交換劑可分為無(wú)機(jī)和有機(jī)兩大類 目前用的最多的離子交換劑 是人工合成的有機(jī)高分子聚合物 離子交換樹脂。 離子交換樹脂是一種不溶于酸堿和有機(jī)溶劑的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子化合物。,離子交換技術(shù)的發(fā)展,1814年，英國(guó)人開始認(rèn)識(shí)了交換現(xiàn)象 利用離子交換技術(shù)法軟化水始于20世紀(jì)

2、初期 在30年代，由于離子交換樹脂的出現(xiàn)，離子交換技術(shù)的應(yīng)用迅速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域,離子交換樹脂,目前最常用的離子交換樹脂是苯乙烯二乙烯苯的聚合物。 組成,常用的離子交換樹脂,據(jù)所含交換基團(tuán)的性質(zhì)分為： 陽(yáng)離子交換樹脂 強(qiáng)酸型 ：含磺酸基團(tuán) (R-SO3H) 中等酸型 ：含磷酸基團(tuán) (-O-PO2H4) 弱酸型： 含酚基、羧基 陰離子交換樹脂 強(qiáng)堿 ：含季胺基團(tuán) -N+(CH3)3 弱堿 ：含叔胺、伯胺基團(tuán)-N(CH3)2,,,陽(yáng)離子交換樹脂,陽(yáng)離子交換樹脂：合成樹脂的本體上帶有酸性活性基團(tuán)，可以被陽(yáng)離子所交換的樹脂。 不能交換的離子稱固定

3、離子，可交換的離子稱平衡離子。 磺酸型離子交換樹脂所含有的活性基團(tuán)磺酸基 (一SO3H)中，含有一個(gè)可被交換的陽(yáng)離子H+和一個(gè)不能交換的陰離子S03 -,陰離子交換樹脂,陰離子交換樹脂：本體上帶有堿性活性基團(tuán)，可以被陰離子所交換的樹脂。 其活性基團(tuán)，都含有一個(gè)可以交換的陰離子和一個(gè)不能交換的陽(yáng)離子。,螯合樹脂： 樹脂含有特殊的活性基團(tuán)，可與某些金屬離子形成螯合物，適用于分離富集金屬離子或某些有機(jī)化合物。 大孔吸附樹脂： 分為：極性 非極性 中極性 具有比較大的孔，適于大分子物質(zhì)的吸附，且洗脫性良好，被吸附物可以容易地被洗脫下來(lái)。,新型離子交換樹脂,作用原理,陽(yáng)離子交換樹脂大都含有磺酸基（S

4、O3H）、羧基 （COOH）或苯酚基（C6H4OH）等酸性基團(tuán)，其中的 氫離子能與溶液中的金屬離子或其他陽(yáng)離子進(jìn)行交換。比如 2RSO3H + Ca2+ == (RSO3)2Ca + 2H+ 陰離子交換樹脂一般含有季胺基N（CH3）3OH、胺基（NH2）或亞胺基（NRH）等堿性基團(tuán)。它們?cè)谒?中能生成OH-離子，可與各種陰離子交換，比如： RN（CH3）3OH + Cl- == RN（CH3）3Cl + OH-,型號(hào)：為了區(qū)別離子交換樹脂同一類型的不同品種，用三位阿拉伯?dāng)?shù)字表示 第一位：代表產(chǎn)品分類；第二位：代表骨架的差異；第三位：為順序號(hào)，用以區(qū)別基團(tuán),離子交換樹脂的理化性能,外觀：

5、球形、淺色為宜，粒度大小為16-60目90% 機(jī)械強(qiáng)度：90%； 含水量：0.3-0.7g/g 樹脂； 交換容量：重量交換容量、體積交換容量、工作交換容量或稱表觀交換容量（在某一條件下）； 穩(wěn)定性：化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性； 膨脹度：交聯(lián)度、活性基團(tuán)的性質(zhì)與數(shù)量、活性離子的性質(zhì)、介質(zhì)的性質(zhì)和濃度、骨架結(jié)構(gòu)； 濕真密度：?jiǎn)挝惑w積濕樹脂的重量； 孔度、孔徑、比表面積,含水量和密度 商品離子交換樹脂具有親水性，常含有一定的結(jié)合水分。結(jié)合水的含量與其官能基的性質(zhì)及交聯(lián)度有關(guān)，并隨著空氣濕度變化而改變。 粒度 樹脂的粒度關(guān)系到離子交換速度、樹脂床中液流分布均勻性和液流壓強(qiáng)降，以及反洗時(shí)樹脂流失等 。,交聯(lián)度

6、,交聯(lián)劑在樹脂單體總量中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱為交聯(lián)度。一般交聯(lián)度為414，常見為8。 其中交聯(lián)度的影響有： （1）網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的緊密度 （2）孔徑大小 （3）交換速度 （4）選擇性,溶脹變化,干的離子交換樹脂浸入純水后，水即擴(kuò)散入樹脂交聯(lián)網(wǎng)孔內(nèi)。此時(shí)，樹脂交換基團(tuán)在水中即發(fā)生解離，并形成水合離子，從而使樹脂交聯(lián)網(wǎng)孔增大，發(fā)生膨脹，稱為樹脂膨脹。 溶脹變化通常按干樹脂所吸取的水的百分率來(lái)表示，或稱溶脹率 。,交換容量,交換容量是說明樹脂的交換能力，通常按每克干樹脂所能交換的離子的毫摩爾來(lái)表示。 在工業(yè)上，常按單位體積樹脂所能交換的物質(zhì)的量 (摩爾)表示。,選擇性,選擇性是指離子交換劑對(duì)不同離子的親和力

7、。 在低濃度的水溶液中和室溫條件下，多價(jià)離子比單價(jià)離子優(yōu)先交換。等價(jià)離子的選擇性隨著原子序數(shù)的增加而增加。 在高濃度溶液中，多價(jià)離子的選擇性隨著濃度的提高而減小。,影響離子交換的主要因素,離子的水化半徑：半徑較小的離子易吸附。 離子的化合價(jià)：化合價(jià)愈高愈易吸附。 溶液的pH：要考慮樹脂及被分離物質(zhì)的酸堿穩(wěn)定性 樹脂的交聯(lián)度：交聯(lián)度大，膨脹度小的樹脂選擇性 較好。 攪拌速度：在一定程度上，越大越快。 溶液濃度：當(dāng)交換速度為外擴(kuò)散控制時(shí)，濃度越大，交換速度越快。,樹脂再生,由于離子交換作用是可逆的，因此用過的離子交換樹脂一般用適當(dāng)濃度的無(wú)機(jī)酸或堿進(jìn)行洗滌，可恢復(fù)到原狀態(tài)而重復(fù)使用，此過程稱為

8、再生。 再生的目的：恢復(fù)樹脂的交換能力 再生劑的種類： 陽(yáng)離子交換樹脂：HCl（4%） 陰離子交換樹脂：NaOH（4%） 再生劑用量：1.23.0 倍樹脂體積。 再生方式：順流再生 逆流再生,樹脂處理技術(shù)在果糖生產(chǎn)中的應(yīng)用,,蘋果果糖是以蘋果汁為原料生產(chǎn)的天然果汁果糖。它是碳酸飲料最佳主劑基料，不僅賦予碳酸飲料低甜度、低熱值的屬性，而且賦予飲料維生素、礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分。因此，近年來(lái)，隨著消費(fèi)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，迫使歐美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家飲料生產(chǎn)商將目光轉(zhuǎn)向蘋果果糖，因此蘋果果糖市場(chǎng)容量很大。,蘋果果糖生產(chǎn)工藝流程,蘋果原料揀選清洗破碎壓榨前巴氏殺菌酶解超濾離子交換與吸附（脫色脫酸去離子）

9、濃縮后巴氏殺菌灌裝,樹脂有很好的吸附和再生性能、高度選擇性。樹脂處理技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、成本低、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化以及可以循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)，從而使該技術(shù)在果汁脫色、脫酸等方面得到廣泛的應(yīng)用。已經(jīng)成為生產(chǎn)性能穩(wěn)定、品質(zhì)優(yōu)良、無(wú)農(nóng)藥殘留果汁的重要助劑。隨著一些新型樹脂的問世，使它在果汁生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。,,在果汁脫酸中的應(yīng)用,蘋果果糖要求果酸0.02%，其技術(shù)難度高。為解決果酸問題，我們利用陰離子交換樹脂對(duì)蘋果汁中的果酸(主要為蘋果酸)進(jìn)行交換吸附，使蘋果果糖中的果酸含量低于0.02%。,在果汁脫色方面的應(yīng)用,色值是反映濃縮蘋果汁顏色深淺程度的一項(xiàng)理化指標(biāo)。果汁在貯存中，會(huì)發(fā)生非酶促褐變反應(yīng)，導(dǎo)致色

10、素增加，顏色變深，降低了產(chǎn)品質(zhì)量、價(jià)格和可接受性。因此，提高脫色效率、降低褐變速度對(duì)提升濃縮果汁的品質(zhì)、增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有重要意義。,吸附樹脂對(duì)色素的分離與純化表現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)越性。在濃縮果汁加工中, 對(duì)已發(fā)生的褐變, 一般采用吸附脫色的方法, 提高色值, 降低褐變指數(shù)。,美拉德反應(yīng)是還原糖和氨基酸之間經(jīng)過三個(gè)階段反應(yīng)，伴隨5-HMF(5-羥甲基糠醛)的積累，觸發(fā)鏈?zhǔn)綇?fù)合反應(yīng)產(chǎn)生褐變色素，是濃縮蘋果、梨汁貯存期間的褐變主要原因。因此，降低氨基酸的含量可降低美拉德反應(yīng)的速度，從而降低濃縮梨汁貯存中非酶促褐變的速度。 用陽(yáng)離子樹脂脫氨基酸，可降低氨基酸濃度及褐變指數(shù)(T440nm)。,類型：大孔

11、陽(yáng)離子交換樹脂 作用原理：氫離子能與溶液中的金屬離子或其他陽(yáng)離子進(jìn)行交換。比如: 2RSO3H + Ca2+ == (RSO3)2Ca + 2H+ 作用 ：脫鹽（Na+ Ca2+ Mg2+ K+） A柱出來(lái)后PH ：1-2 （強(qiáng)酸性） 出廠形式 ：鈉型（LX-100型樹脂） 再生 ：HCl,A 柱,B柱：,類型：大孔陰離子交換樹脂作用原理：在水中能生成OH-離子，可與各種陰離子交換，比如：RN（CH3）3OH+Cl- == RN（CH3）3Cl + OH- 作用：去陰離子（NO3-等），脫色脫酸氨基態(tài)氮：A,B柱共同作用脫去 出廠形式：氯型 （LX-200型樹脂）再生：NaOH(4%）B柱出來(lái)后PH：9-10 (堿性),C 柱,類型:強(qiáng)酸性大孔陽(yáng)離子交換樹脂 作用：調(diào)pH值（LX-400型樹脂） OH _+ H + == H2O,運(yùn)行過程,裝柱：注意檢查吸附水帽是否固定 水沖：反沖洗方式（自下而上） 運(yùn)行： A1-2A2-2柱中間緩沖罐1泵1B1-2B2-2緩沖罐2泵2C1-2清汁罐 再生：反洗 再生 反漂 正漂,反洗的目的,松動(dòng)壓緊的樹脂床層，使床層膨脹 清除截留在樹脂層內(nèi)的懸浮物和有機(jī)雜質(zhì) 沖洗細(xì)小的樹脂碎粉,再生的目的,使交換終了失效的樹脂上已吸附的離子除去，并代之以新的被交換離子，從而達(dá)到反復(fù)使用的目的。,謝謝各位,