由稻壳发电剩余物制备工业油脂脱色剂的研究

纪俊敏,张 浩,赵振宇

(河南工业大学粮油食品学院,河南郑州 450052)

由稻壳发电剩余物制备工业油脂脱色剂的研究

纪俊敏,张 浩,赵振宇

(河南工业大学粮油食品学院,河南郑州 450052)

稻壳灰经碱液(氢氧化钠)处理后,再用酸活化以制取油脂脱色剂.探讨了碱液浓度、酸液浓度、活化时间、活化温度等因素对脱色剂脱色能力的影响,并对脱色剂的性能作了研究.结果表明,氢氧化钠最佳浓度为 2 mol/L,活化过程选择 5%的硫酸,在 90℃条件下,活化 5 h、150℃条件下干燥.

稻壳灰;脱色剂;脱色

0 前言

稻壳灰是稻壳经高温炭化 (如发电、燃烧)后的剩余产物,其主要成分为 Si O2和碳,其中 SiO2约占 60%,碳约占 40%.在适当条件下,稻壳灰与碱反应后提出 SiO2,含碳量可达 90%,灰渣是制备水玻璃的廉价原料,除硅后的滤渣又是制造活性炭的优良材料.本着充分利用资源,提高经济效益,增加农副产品附加值,保护环境这一目的,对稻壳发电之后的稻壳灰 (即炭化稻壳)中所含的硅、碳、钾进行充分利用,制备活性炭、硅酸钾及白炭黑,以期开发出一条适合推广应用的工艺路线及技术参数.

1 材料与方法

1.1 主要原料与试剂

深度煎炸油、新鲜稻壳灰:武汉凯迪生物质能电厂;三氯甲烷、冰乙酸、碘化钾、硫代硫酸钠、可溶性淀粉、浓硫酸、无水乙醚、无水硫酸钠、无水酚酞、重铬酸钾、邻苯二甲酸氢钾、浓磷酸:均为分析纯.

1.2 主要仪器与设备

WFJ7200型可见分光光度计 (尤尼柯仪器有限公司)、电子天平、恒温水浴锅、数显磁力搅拌加热器、WSL—2罗维朋比色计、电热鼓风干燥箱、循环水真空泵、滴定管、布氏漏斗、抽滤瓶等.

1.3 试验方法

1.3.1 用稻壳灰制备活性炭的工艺研究

稻壳灰制备活性炭的原理[1-5]:稻壳灰中的主要成分为二氧化硅和碳,其中二氧化硅含量50%～60%,碳含量为 40%～50%,主要用炭脱除油脂中的色素,所以用碱液和二氧化硅反应生成硅酸钠 (水玻璃),以除去二氧化硅,并用酸液处理硅酸钠,使之从非水溶性转变为水溶性,从而彻底除去二氧化硅,剩下活性炭,并水洗至中性,干燥得到成品.

试验路线:称取稻壳灰→加热碱液 (碱炭质量比为 4︰1)→煮沸 (时间 4 h)→过滤→干燥→活化→洗涤→干燥→成品[2,5].

根据资料确定料水比,采用氢氧化钠对稻壳灰进行预处理,用硫酸进行活化.采用单因素试验,分别研究碱液浓度、酸浓度、活化时间、活化温度、干燥温度对稻壳活性炭脱色效果的影响.

1.3.2 油脂理化指标的测定

油脂色泽的测定:采用国标 GB/T 5525-1985测定;油脂酸价的测定:采用国标 GB/T 5530-2005测定;油脂过氧化值的测定:采用国标GB/T 5538-2005测定;油脂吸光度的测定:采用国标 GB/T 15687-2008测定.

1.3.3 稻壳灰活性炭吸附脱色

准确称取待测废油脂 50 g于 100 mL烧杯中,脱色前先将装有废油脂的烧杯置于恒温电热套内加热到脱色温度,开启电动搅拌器均匀搅拌下加入一定量的酸化稻壳灰进行吸附脱色,脱色完毕趁热用真空抽滤的方法抽滤于干燥的带塞试管中,做 2～3组平行试验.脱色后测定其理化指标.

2 结果与讨论

2.1 原料油脂的理化指标

被脱色原料是深度煎炸的废油脂,色泽较深、异味较重.色泽用罗维朋比色计标准油槽测得废油脂色泽 Y60 R7.6(133.4 mm比色槽);其酸价为 5.58 mg/g,过氧化值为 58.72 mmol/kg,吸光度为 1.524(波长为 665 nm).

2.2 用稻壳灰制备活性炭的工艺研究

2.2.1 氢氧化钠溶液的浓度对脱色效果的影响

分别用不同浓度的氢氧化钠溶液煮沸稻壳灰2 h,经过真空抽滤并干燥,再用浓度为 5%的硫酸在 90℃条件下活化 5 h,洗涤至中性,再在 150℃条件下干燥,最终得到成品,在 80℃条件下加入油重的 7%用不同浓度的氢氧化钠处理过的稻壳灰脱色 20 min,脱色效果见表1.

表1 氢氧化钠浓度对色泽的影响

从表1可以看出,稻壳灰的脱色能力随着碱液浓度的升高而增强,但是在 2.00 mol/L达到最大,之后随着浓度的升高脱色效果降低.原因是随着碱液浓度的升高,二氧化硅的溶出率也增加,但是考虑到浓度太高脱色效果不好,而且其体系中液相比例太小,不利于搅拌均匀,对反应不利.当碱液浓度低于 2 mol/L时,脱色效果不太理想,但是当浓度大于 2 mol/L时,脱色效果变化不大,考虑到成本因素,可以选择碱液浓度为 2 mol/L.

2.2.2 酸液浓度对脱色效果的影响

分别用碱液浓度为 2 mol/L的氢氧化钠溶液处理并用不同体积分数的硫酸溶液在 90℃条件下活化 5 h之后的稻壳灰,经过真空抽滤并干燥,洗涤至中性,再在 150℃条件下干燥,最终得到成品,在 80℃条件下加入油重的 7%用不同浓度的氢氧化钠处理过的稻壳灰脱色 20 min,脱色效果见表2.

表2 酸液浓度对色泽的影响

从表2可以看出,酸液浓度对脱色效果影响显著,但当酸液的体积分数超过 5%时,脱色效果降低.这是因为活化剂浓度的增加,使稻壳灰的脱色能力增强,但是当体积分数大于 5%时,所有可能形成活性炭的有机碳全部被活化,再增加活化剂的浓度,过高浓度的活化剂造成温度升高,炭的烧失严重,反而使得脱色效果降低.因此,可以选择体积分数为 5%的硫酸活化.

2.2.3 活化时间对脱色效果的影响

分别用碱液浓度为 2 mol/L的氢氧化钠处理过,再用体积分数为 5%的硫酸在 90℃活化温度条件下活化不同的时间,洗涤至中性,再在 150℃条件下干燥,最终得到成品,在 80℃条件下加入油重的 7%用不同浓度的氢氧化钠处理过的稻壳灰脱色 20 min,脱色效果见表3.

表3 活化时间对色泽的影响

从表3可以看出,随着活化时间的增加,稻壳灰吸附色素的能力有上升的趋势,这说明,反应初始阶段,新孔的形成占主导地位,此时稻壳灰吸附色素的能力最大,当反应到达一定阶段,原来生成的一部分微孔结构和过渡孔结构被破坏,因此色素被吸附的能力有所下降.当活化时间超过 5 h后,活化时间对脱色效果下降,因此可以选择活化时间为 5 h.

图1 不同活化时间处理过的稻壳活性炭对油脂脱色后的样品

2.2.4 活化温度对脱色效果的影响

活化温度会影响脱色效果,分别用碱液浓度为 2 mol/L的氢氧化钠处理过,再用体积分数为5%的硫酸在不同的活化温度条件下活化 5 h,洗涤至中性,再在 150℃条件下干燥,最终得到成品,在 80℃条件下加入油重的 7%用不同浓度的氢氧化钠处理过的稻壳灰脱色 20 min,脱色效果见表4.

从表4可以看出,提高活化温度,脱色效果也随之增强.原因是随着活化温度的升高,活化过程中硫酸分子的扩散速度增加,与碳的反应速度加快,因此活性炭中孔隙数目增加,吸附性能提高,当活化温度继续升高时,可能引起过度烧灼而引起活性炭的吸附性能下降.因此活化温度在 90℃最合适.

2.2.5 干燥温度对脱色效果的影响

干燥温度会影响脱色效果,分别用碱液浓度为 2 mol/L的氢氧化钠处理过,再用体积分数为5%的硫酸在 90℃温度条件下活化 5 h,洗涤至中性,再在不同的干燥温度条件下干燥,最终得到成品,在 80℃条件下加入油重的 7%用不同浓度的氢氧化钠处理过的稻壳灰脱色 20 min,脱色效果见表5.

表4 活化温度对色泽的影响

表5 干燥温度对色泽的影响

从表5可以看出,干燥温度过高时,脱色效果会下降,这可能是由于干燥条件过于强烈时,会降低产品表面的酸度,从而造成吸附性能的下降.因此,一般选择 150℃的干燥温度.

3 结 论

氢氧化钠、硫酸法制备稻壳活性炭的最佳工艺:氢氧化钠碱液浓度 2 mol/L,硫酸体积分数5%,90℃条件下活化 5 h,150℃条件下干燥,得到的产品具有最好的脱色效果.

影响活性炭产品质量的因素很多,本研究主要考虑了碱液浓度、酸液体积分数、活化时间、活化温度、干燥温度等,进一步的研究需考虑碱炭比、碱液煮沸时间等因素的影响.

[1] 王立,王领军,姚惠源.稻壳吸附剂生产技术[J].粮食与油脂,2006(3):16-18.

[2] 张世润,李海朝.稻壳活性炭的研制 [J].林业科技,2001,26(1):36-38.

[3] 欧阳东,陈楷.稻壳灰显微结构的研究 [J].材料科学与工程学报,2003,21(5):64-76.

[4] 侯海涛.稻壳开发利用综述[J].四川粮油科技,2003,(3):26-27.

[5] 阮长青,张丽萍,鹿保鑫.酸性稻壳炭作为油脂脱色剂的制备及脱色工艺的试验研究[J].牡丹江师范学院学报:自然科学版,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

纪俊敏 (1977-),女,河南信阳人,讲师,研究方向为油脂化学.