二聚脂肪酸脱色技术研究进展

刘 霞，石会龙

(中国石油大学胜利学院 化学工程学院，山东 东营 257100)

二聚脂肪酸是指十八碳不饱和单羧酸的二聚体，其原料主要有妥尔油酸、大豆油酸、棉籽油酸、菜籽油酸等。作为一种重要的化工原料，二聚酸广泛应用于聚酰胺树脂合成、环氧树脂改性剂和油墨、燃料油、润滑油添加剂等领域，且应用领域不断扩大，已成为现代工业不可缺少的重要原材料[1]。我国二聚酸生产始于20世纪90年代，目前大部分二聚酸企业生产技术落后造成二聚酸产品存在色泽过高的问题，二聚酸产品需进行脱色处理后，方能满足市场对高品质二聚酸的要求[2]。本文分析了目前常用的物理脱色法、化学脱色法以及新型脱色技术等二聚酸脱色处理工艺的优缺点，探讨了二聚酸脱色处理工艺的发展方向，为二聚酸的脱色精制提供了思路和参考[3]。

1 二聚酸色泽过高的原因及危害

1.1 二聚酸色泽过高的原因

目前，二聚酸色泽过高的原因主要有三个：一是原料中的天然有机色素。二聚酸原料主要包括妥尔油酸、大豆油酸、棉籽油酸和菜籽油酸等，一些油酸原料含有天然有机色素，如胡萝卜素、叶黄素和棉酚。这些天然有机色素通常是油溶性的，可导致二聚酸呈红色、黄色和棕色[4]。其次，二聚酸中的有色降解产物。在二聚酸储存和运输过程中，会出现发热、霉变等现象，这会导致蛋白质、糖类和磷脂的降解，使二聚酸呈棕色。第三，色素在生产和运输过程中混入。大多数二聚酸生产设备、储罐、泵和管道都是由金属制成的。在二聚酸生产和运输过程中，一些有色金属离子，如铁离子、亚铁离子、铜离子，不可避免地会混入。有色金属离子的混入不仅可以直接加速二聚酸的色泽，还能起到催化二聚酸氧化的作用，导致氧化速度更快，颜色更深[5]。

1.2 二聚酸色泽过高的危害

二聚酸色泽过高主要有以下危害：一是色泽过高会影响产品外观，不利于二聚酸产品的后续销售；其次，二聚酸色泽过高的根本原因是含有色素杂质，色素杂质的存在往往会降低二聚酸的储存稳定性，导致其氧化分解并减少二聚酸产品的有效组分；第三，二聚酸中色素杂质的存在会影响其最终的物理化学性质，使其无法满足如高档聚酰胺树脂等高端领域的应用要求[6]。

2 二聚酸脱色工艺

2.1 物理脱色法

物理脱色法主要通过添加活性炭、凹凸棒石、沸石等具有较强吸附能力的吸附剂，在一定的工艺条件下吸附二聚酸中的色素和其他杂质，然后通过过滤除去吸附剂和杂质，达到二聚酸脱色和纯化的目的。

2.1.1 活性炭

活性炭是通过炭化富含碳的有机材料(如煤、树木、果壳)然后活化而制成的。活性炭具有丰富的孔道结构，比表面积可以达到200～1000m2/g，具有很强的脱色能力，可以吸附高分子物质，对除去二聚酸中的绿色和红色色素效果良好。此外，活性炭对气体、多环芳烃和农药残留物也具有很强的吸附能力，并且在脱色后不会给二聚酸带来异味。然而，活性炭吸油率较高，脱色后过滤速度较慢，特别是其昂贵的价格限制了它的使用。作为吸附剂，活性炭通常与活性白土混合使用，混合比例通常为1∶10～20，复合吸附剂显著提高了脱色效率，还可以除去白土土腥味[7]。

2.1.2 凹凸棒土

凹凸棒石是富含镁的纤维状矿石，是一种具有青灰色的细土壤。其主要成分是二氧化硅，含量高达50.28%，主要优点是脱色效果好。与活性白土相比，其使用量小、吸油率低、价格便宜，但其存在过滤性能差的缺点。因此，当使用凹凸棒石作为吸附剂时，吸附剂的粒度应适当地粗化，以确保通过过滤脱色后二聚酸的质量。

2.1.3 沸石

沸石是近年来因其使用价值而被认可的吸附剂。其由天然斜发沸石矿床制成，通过采矿、筛选、碾磨和筛分生产。主要化学组成是二氧化硅(68.52%)，然后是氧化铝(11.59%)。沸石对二聚酸具有良好的脱色效果。 它还可以在脱色过程中降低产品的酸值和水分，具有良好的耐酸性和热稳定性，并且来源广泛。其价格比活性白土便宜且无毒，是二聚酸吸附脱色剂的新型开发材料[8]。

吸附剂是影响二聚酸脱色效果的最重要因素。不同种类的吸附剂各有特色，只有针对二聚酸脱色的具体要求才能合理地选择吸附剂，才能最经济地获得最佳的脱色效果。

2.2 化学脱色法

化学脱色法主要通过化学试剂降低或去除色素的色度。化学脱色剂通常分为氧化性脱色剂和还原性脱色剂。

2.2.1 氧化性脱色剂

氯气具有很强的氧化能力，常用于造纸过程的脱色和增白。将氯气引入氢氧化钠溶液中可得次氯酸钠溶液，将氯气引入石灰粉中可获得次氯酸钙的固体粉末。次氯酸盐可用于二聚酸的脱色过程；自20世纪初以来，过氧化氢已被用作工业中的脱色剂，目前过氧化氢仍然是最常用的脱色剂之一，工业使用过氧化氢含量通常为27.5%，其对二聚酸具有良好的脱色效果；过氧化苯甲酰(C14H10O4)是一种白色结晶、无味、轻微苯甲醛类氧化剂，其微溶于水、微溶于乙醇，是一种强氧化性的危险高活性氧化物，受到加热、冲击和摩擦会发生爆炸，其强氧化性能具有漂白和杀菌作用，也可用于二聚酸的氧化脱色[9]。

2.2.2 还原性脱色剂

连二亚硫酸钠(Na2S2O4)是一种强还原剂，可以将羰基和巯基还原成醇基和酚基，从而破坏发色团，一般用于食用油、羊毛、丝绸的脱色等，也可用于二聚酸脱色；羟基甲亚磺酸钠比连二亚硫酸钠更稳定，用于皂、明胶和脂肪酸的脱色；甲醛次硫酸氢钠(NaH-SO2·CH2O·2H2O)是亚硫酸氢钠与甲醛的加成产物，为白色块状或白色结晶粉末，常用于油脂合成橡胶的脱色和漂白，对二聚酸也具有良好的脱色效果[10]。

化学脱色是一种非常适合脱色生产的工艺技术，但一些脱色方法只能为人们提供解决问题的参考。在实际生产中，需要不断探索具体的脱色工艺，综合考虑生产成本，总结经验，才能真正达到精制脱色的目的。

2.3 新型脱色技术

2.3.1 超声波辅助脱色法

超声波是具有定向、反射和透射的弹性波，其通常用于材料检测分析。超声波超声空化可以产生瞬态高温、高压和微射流，使催化剂表面暴露出更多高反应性的基团，从而加速化学反应。因此，近年来许多学者将超声波技术与吸附剂结合起来研究脱色技术，其使用的吸附剂较少、耗时较少、温度较低、更绿色节能。Abedi等人在以脱色率为评价指标的基础上，优化了大豆油的超声波辅助脱色条件(超声功率、吸附剂类型、超声温度和时间)，发现超声功率越大，脱色效果越好。超声波功率在340W左右时，脱色率达74.44%，胡萝卜素和叶绿素含量分别降低了81.19%和94.66%，但由于超声功率的增加，大豆油中的生育酚和甾醇等有益成分减少。上述讨论表明，在一定程度上，超声波不仅可用于处理吸附剂以激活其性能，而且还可能是吸附剂对油脂脱色的新替代方案[11]。

2.3.2 光能脱色法

光能脱色是一种利用色素的光敏性，通过光能对发色基团的作用进行脱色的脱色方法。二聚酸中含有的天然色素(如：类胡萝卜素、叶黄素等)，结构中的烃基是高度不饱和的，大多数为类异戊二烯单体的共轭烃基，能吸收可见光或近紫外光，使双键氧化，导致发色团的结构破坏而褪色[12]。用于光能脱色的方法和设备相对简单，并且二聚酸通常是通过透光管循环，通过太阳光或特定波长光源辐射而脱色。脱色过程中，二聚酸单位受光面积越大越好较大，覆盖物可以用能透过紫外线的特殊玻璃、塑料薄膜或油纸制成。为了避免二聚酸的氧化，应将辐射源的波长控制在3000～5000Å的有效脱色范围内。光能脱色的缺点是它会引起二聚酸的光氧化，从而造成二聚酸产品氧化酸败[13]。

2.3.3 膜脱色法

膜分离技术是一种新型高效的分离技术，主要利用膜的选择透过性分离混合物，达到净化富集的效果。目前，膜技术在二聚酸脱色应用方面也取得了很大进展，可以分离和去除一些胶体、游离脂肪酸和色素物质，从而达到脱胶、脱酸和脱色的效果[14]。膜技术应用于二聚酸精制工艺，不仅操作简单、效率高，而且简化了工艺，降低了能耗[15]。

随着科学技术的进步，新型二聚酸脱色技术的脱色效果与传统的脱色方法相比取得了显著进步，同时更加环保、符合当前的绿色发展前景，但是成本高、硬件设备制造难度大阻碍了新脱色技术的应用。

3 结论及展望

二聚酸粘度较大、流动性差，且大部分色素杂质为油溶性、难以脱除，而色素杂质的存在不仅会影响其产品销售，还会使二聚酸产品理化性质变差，无法满足高端领域的应用要求，所以二聚酸脱色精制势在必行，为了更加经济高效地对二聚酸进行脱色处理，且尽量不减少其有效组分，建议二聚酸脱色注重以下几方面研究：

(1)活性炭、凹凸棒土、沸石等单一吸附剂物理吸附脱色法对二聚酸脱色效果较差，物理吸附脱色法应该注重多种吸附剂共同配合使用的复合吸附脱色。

(2)化学脱色法，尤其是化学氧化脱色对二聚酸的脱色效率较高，应该重点研究过氧化氢等氧化剂在二聚酸脱色过程中的应用，但需要注意化学脱色对产品本身质量的影响。

(3)新型脱色方法应用于二聚酸脱色过程，应该注重新型脱色方法与传统脱色方法的结合，降低新型脱色方法的使用成本。

(4)应重点研究二聚酸色泽过高的根本原因，从源头上减少色素混入，并且控制好二聚酸产品的生产储运条件，降低二聚酸氧化分解程度，进而有效防止其色泽过高。