紀(jì)俊敏,張 浩,趙振宇

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南鄭州 450052)

由稻殼發(fā)電剩余物制備工業(yè)油脂脫色劑的研究

紀(jì)俊敏,張 浩,趙振宇

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南鄭州 450052)

稻殼灰經(jīng)堿液(氫氧化鈉)處理后,再用酸活化以制取油脂脫色劑.探討了堿液濃度、酸液濃度、活化時(shí)間、活化溫度等因素對脫色劑脫色能力的影響,并對脫色劑的性能作了研究.結(jié)果表明,氫氧化鈉最佳濃度為 2 mol/L,活化過程選擇 5%的硫酸,在 90℃條件下,活化 5 h、150℃條件下干燥.

稻殼灰;脫色劑;脫色

0 前言

稻殼灰是稻殼經(jīng)高溫炭化 (如發(fā)電、燃燒)后的剩余產(chǎn)物,其主要成分為 Si O2和碳,其中 SiO2約占 60%,碳約占 40%.在適當(dāng)條件下,稻殼灰與堿反應(yīng)后提出 SiO2,含碳量可達(dá) 90%,灰渣是制備水玻璃的廉價(jià)原料,除硅后的濾渣又是制造活性炭的優(yōu)良材料.本著充分利用資源,提高經(jīng)濟(jì)效益,增加農(nóng)副產(chǎn)品附加值,保護(hù)環(huán)境這一目的,對稻殼發(fā)電之后的稻殼灰 (即炭化稻殼)中所含的硅、碳、鉀進(jìn)行充分利用,制備活性炭、硅酸鉀及白炭黑,以期開發(fā)出一條適合推廣應(yīng)用的工藝路線及技術(shù)參數(shù).

1 材料與方法

1.1 主要原料與試劑

深度煎炸油、新鮮稻殼灰:武漢凱迪生物質(zhì)能電廠;三氯甲烷、冰乙酸、碘化鉀、硫代硫酸鈉、可溶性淀粉、濃硫酸、無水乙醚、無水硫酸鈉、無水酚酞、重鉻酸鉀、鄰苯二甲酸氫鉀、濃磷酸:均為分析純.

1.2 主要儀器與設(shè)備

WFJ7200型可見分光光度計(jì) (尤尼柯儀器有限公司)、電子天平、恒溫水浴鍋、數(shù)顯磁力攪拌加熱器、WSL—2羅維朋比色計(jì)、電熱鼓風(fēng)干燥箱、循環(huán)水真空泵、滴定管、布氏漏斗、抽濾瓶等.

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 用稻殼灰制備活性炭的工藝研究

稻殼灰制備活性炭的原理[1-5]:稻殼灰中的主要成分為二氧化硅和碳,其中二氧化硅含量50%～60%,碳含量為 40%～50%,主要用炭脫除油脂中的色素,所以用堿液和二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈉 (水玻璃),以除去二氧化硅,并用酸液處理硅酸鈉,使之從非水溶性轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄?從而徹底除去二氧化硅,剩下活性炭,并水洗至中性,干燥得到成品.

試驗(yàn)路線:稱取稻殼灰→加熱堿液 (堿炭質(zhì)量比為 4︰1)→煮沸 (時(shí)間 4 h)→過濾→干燥→活化→洗滌→干燥→成品[2,5].

根據(jù)資料確定料水比,采用氫氧化鈉對稻殼灰進(jìn)行預(yù)處理,用硫酸進(jìn)行活化.采用單因素試驗(yàn),分別研究堿液濃度、酸濃度、活化時(shí)間、活化溫度、干燥溫度對稻殼活性炭脫色效果的影響.

1.3.2 油脂理化指標(biāo)的測定

油脂色澤的測定:采用國標(biāo) GB/T 5525-1985測定;油脂酸價(jià)的測定:采用國標(biāo) GB/T 5530-2005測定;油脂過氧化值的測定:采用國標(biāo)GB/T 5538-2005測定;油脂吸光度的測定:采用國標(biāo) GB/T 15687-2008測定.

1.3.3 稻殼灰活性炭吸附脫色

準(zhǔn)確稱取待測廢油脂 50 g于 100 mL燒杯中,脫色前先將裝有廢油脂的燒杯置于恒溫電熱套內(nèi)加熱到脫色溫度,開啟電動(dòng)攪拌器均勻攪拌下加入一定量的酸化稻殼灰進(jìn)行吸附脫色,脫色完畢趁熱用真空抽濾的方法抽濾于干燥的帶塞試管中,做 2～3組平行試驗(yàn).脫色后測定其理化指標(biāo).

2 結(jié)果與討論

2.1 原料油脂的理化指標(biāo)

被脫色原料是深度煎炸的廢油脂,色澤較深、異味較重.色澤用羅維朋比色計(jì)標(biāo)準(zhǔn)油槽測得廢油脂色澤 Y60 R7.6(133.4 mm比色槽);其酸價(jià)為 5.58 mg/g,過氧化值為 58.72 mmol/kg,吸光度為 1.524(波長為 665 nm).

2.2 用稻殼灰制備活性炭的工藝研究

2.2.1 氫氧化鈉溶液的濃度對脫色效果的影響

分別用不同濃度的氫氧化鈉溶液煮沸稻殼灰2 h,經(jīng)過真空抽濾并干燥,再用濃度為 5%的硫酸在 90℃條件下活化 5 h,洗滌至中性,再在 150℃條件下干燥,最終得到成品,在 80℃條件下加入油重的 7%用不同濃度的氫氧化鈉處理過的稻殼灰脫色 20 min,脫色效果見表1.

表1 氫氧化鈉濃度對色澤的影響

從表1可以看出,稻殼灰的脫色能力隨著堿液濃度的升高而增強(qiáng),但是在 2.00 mol/L達(dá)到最大,之后隨著濃度的升高脫色效果降低.原因是隨著堿液濃度的升高,二氧化硅的溶出率也增加,但是考慮到濃度太高脫色效果不好,而且其體系中液相比例太小,不利于攪拌均勻,對反應(yīng)不利.當(dāng)堿液濃度低于 2 mol/L時(shí),脫色效果不太理想,但是當(dāng)濃度大于 2 mol/L時(shí),脫色效果變化不大,考慮到成本因素,可以選擇堿液濃度為 2 mol/L.

2.2.2 酸液濃度對脫色效果的影響

分別用堿液濃度為 2 mol/L的氫氧化鈉溶液處理并用不同體積分?jǐn)?shù)的硫酸溶液在 90℃條件下活化 5 h之后的稻殼灰,經(jīng)過真空抽濾并干燥,洗滌至中性,再在 150℃條件下干燥,最終得到成品,在 80℃條件下加入油重的 7%用不同濃度的氫氧化鈉處理過的稻殼灰脫色 20 min,脫色效果見表2.

表2 酸液濃度對色澤的影響

從表2可以看出,酸液濃度對脫色效果影響顯著,但當(dāng)酸液的體積分?jǐn)?shù)超過 5%時(shí),脫色效果降低.這是因?yàn)榛罨瘎舛鹊脑黾?使稻殼灰的脫色能力增強(qiáng),但是當(dāng)體積分?jǐn)?shù)大于 5%時(shí),所有可能形成活性炭的有機(jī)碳全部被活化,再增加活化劑的濃度,過高濃度的活化劑造成溫度升高,炭的燒失嚴(yán)重,反而使得脫色效果降低.因此,可以選擇體積分?jǐn)?shù)為 5%的硫酸活化.

2.2.3 活化時(shí)間對脫色效果的影響

分別用堿液濃度為 2 mol/L的氫氧化鈉處理過,再用體積分?jǐn)?shù)為 5%的硫酸在 90℃活化溫度條件下活化不同的時(shí)間,洗滌至中性,再在 150℃條件下干燥,最終得到成品,在 80℃條件下加入油重的 7%用不同濃度的氫氧化鈉處理過的稻殼灰脫色 20 min,脫色效果見表3.

表3 活化時(shí)間對色澤的影響

從表3可以看出,隨著活化時(shí)間的增加,稻殼灰吸附色素的能力有上升的趨勢,這說明,反應(yīng)初始階段,新孔的形成占主導(dǎo)地位,此時(shí)稻殼灰吸附色素的能力最大,當(dāng)反應(yīng)到達(dá)一定階段,原來生成的一部分微孔結(jié)構(gòu)和過渡孔結(jié)構(gòu)被破壞,因此色素被吸附的能力有所下降.當(dāng)活化時(shí)間超過 5 h后,活化時(shí)間對脫色效果下降,因此可以選擇活化時(shí)間為 5 h.

圖1 不同活化時(shí)間處理過的稻殼活性炭對油脂脫色后的樣品

2.2.4 活化溫度對脫色效果的影響

活化溫度會(huì)影響脫色效果,分別用堿液濃度為 2 mol/L的氫氧化鈉處理過,再用體積分?jǐn)?shù)為5%的硫酸在不同的活化溫度條件下活化 5 h,洗滌至中性,再在 150℃條件下干燥,最終得到成品,在 80℃條件下加入油重的 7%用不同濃度的氫氧化鈉處理過的稻殼灰脫色 20 min,脫色效果見表4.

從表4可以看出,提高活化溫度,脫色效果也隨之增強(qiáng).原因是隨著活化溫度的升高,活化過程中硫酸分子的擴(kuò)散速度增加,與碳的反應(yīng)速度加快,因此活性炭中孔隙數(shù)目增加,吸附性能提高,當(dāng)活化溫度繼續(xù)升高時(shí),可能引起過度燒灼而引起活性炭的吸附性能下降.因此活化溫度在 90℃最合適.

2.2.5 干燥溫度對脫色效果的影響

干燥溫度會(huì)影響脫色效果,分別用堿液濃度為 2 mol/L的氫氧化鈉處理過,再用體積分?jǐn)?shù)為5%的硫酸在 90℃溫度條件下活化 5 h,洗滌至中性,再在不同的干燥溫度條件下干燥,最終得到成品,在 80℃條件下加入油重的 7%用不同濃度的氫氧化鈉處理過的稻殼灰脫色 20 min,脫色效果見表5.

表4 活化溫度對色澤的影響

表5 干燥溫度對色澤的影響

從表5可以看出,干燥溫度過高時(shí),脫色效果會(huì)下降,這可能是由于干燥條件過于強(qiáng)烈時(shí),會(huì)降低產(chǎn)品表面的酸度,從而造成吸附性能的下降.因此,一般選擇 150℃的干燥溫度.

3 結(jié) 論

氫氧化鈉、硫酸法制備稻殼活性炭的最佳工藝:氫氧化鈉堿液濃度 2 mol/L,硫酸體積分?jǐn)?shù)5%,90℃條件下活化 5 h,150℃條件下干燥,得到的產(chǎn)品具有最好的脫色效果.

影響活性炭產(chǎn)品質(zhì)量的因素很多,本研究主要考慮了堿液濃度、酸液體積分?jǐn)?shù)、活化時(shí)間、活化溫度、干燥溫度等,進(jìn)一步的研究需考慮堿炭比、堿液煮沸時(shí)間等因素的影響.

[1] 王立,王領(lǐng)軍,姚惠源.稻殼吸附劑生產(chǎn)技術(shù)[J].糧食與油脂,2006(3):16-18.

[2] 張世潤,李海朝.稻殼活性炭的研制 [J].林業(yè)科技,2001,26(1):36-38.

[3] 歐陽東,陳楷.稻殼灰顯微結(jié)構(gòu)的研究 [J].材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2003,21(5):64-76.

[4] 侯海濤.稻殼開發(fā)利用綜述[J].四川糧油科技,2003,(3):26-27.

[5] 阮長青,張麗萍,鹿保鑫.酸性稻殼炭作為油脂脫色劑的制備及脫色工藝的試驗(yàn)研究[J].牡丹江師范學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2000(4):13-16.

PREPARATION OF INDUSTR IAL O IL DECOLORANT FROM R ICE HULL ASH OF POWER GENERATION RESIDUES

J IJun-min,ZHANG Hao,ZHAO Zhen-yu
(School of Food Science and Technology,Henan University of Technology,Zhengzhou450052,China)

We prepared an oil decolorant from rice hull ash by treatingwithNaOH solution,and then activating with acid.We discussed the influencesofNaOH concentration,acid concentration,activation ti me and activation temperature on the decolorizing capability of the decolorant,and studied the decolorant perfor mance.The results showed that the optimal conditionswere as follows:NaOH concentration 2 mol/L,5%sulfuric acid as the activating agent,activation temperature 90℃,activation time 5 hours,and drying temperature 150℃.

rice hull ash;decolorant;decolorization

TS202.3

B

1673-2383(2010)06-0033-03

2010-08-01

紀(jì)俊敏 (1977-),女,河南信陽人,講師,研究方向?yàn)橛椭瘜W(xué).