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传统甘蔗制糖生产过程存在脱色成本高、由微生物繁殖引起蔗糖消耗严重等问题,被称为“环境友好”技术的电化学法已在印染废水脱色和食品杀菌上应用的成功经验引起研究者们关注。对比现有常用的净化处理方法,电化学法具有设备简单、使用范围广、不需投加大量澄清剂等多项独特的优势,在绿色工艺方面极具潜力。钛基涂层电极的发现与发展推动了电化学在水处理行业的发展,一般将这类电极体系称为形稳阳极(Dimensionally Stable Anode),意为电极的损耗很小而能保持尺寸稳定。
本研究基于电解脱色抑菌过程机理的特点,利用钛基催化电极(DSA电极)对甘蔗糖厂蔗汁进行电解脱色抑菌作用研究,通过考察脱色率、杂质去除率、抑菌情况等变化,评价电极反应对不同的糖厂中间汁处理效果及其影响因素,以期对电催化氧化技术在糖厂的实际应用进行必要的探索,并提供基础数据与实践指导。主要研究内容与相关结论有以下四点:
1、探索在不同电压下DSA电极电解作用对新鲜混合汁不同成分影响及其规律。实验数据显示,相关指标几乎都呈现缓慢增加后减少的趋势。在电流密度为167 A/m2,电位梯度为15V/cm时电解除杂效果最好,此时,可除去约6%的总酚及5%的还原糖,简纯度升高1%,蔗糖转化率很低,脱色率可达70%,由此可知,电解对混合汁有一定脱色提纯作用。
2、以处理前后蔗汁的脱色率为评价指标,探索不同电解时间、温度、极间距和pH值下电解脱色效果的变化规律。基于单因素实验结果,并考虑到生产实际,利用响应面法对电解脱色工艺参数进行优化,获得300mL混合汁的最佳电解脱色条件为:电压16V,电解时间38min,初始pH值为6.9,电极间距为1cm,此时脱色率的理论值可达48%。该蔗汁结合亚法工艺处理得到清汁质量优于常规亚硫酸法清汁,此方法可作为电解方法在亚硫酸法糖厂应用的技术路线参考。
3、研究发现,蔗糖在中性情况下几乎不发生转化。在一定范围内,蔗糖分随着电流密度增加而微量减少,电解进行后蔗糖分基本不随电位梯度增加而变化。脱色率随着蔗汁简纯度增加而降低。蔗汁经电解后添加聚合氯化铝的脱色率较添加有聚合氯化铝的蔗汁电解脱色率高。此外,电极反应对预灰后蔗汁有较好脱色效果,且几乎不会造成糖分损失;电解清汁脱色率为11%,简纯度升高1%,电解前后清汁钙盐含量基本不变;电解15%~65%的赤砂糖回溶糖浆脱色率呈现先快后慢的升高趋势。
4、研究分别添加NaCl、CaCl2、AlC13对电极反应抑菌作用的影响,结果发现,上述盐类在电解过程中生成次氯酸是电解法具有长效抑菌效果的主要原因。制糖助剂无电解抑菌作用。0.01g/L的EDTA电解前后都有短时抑菌作用。氯化钠的自来水溶液具有电解持续抑菌作用的最小浓度为0.10%。海水盐溶液具有电解持续抑菌作用的最小浓度为0.20%。