松香基阴离子交换树脂的合成及其去除糖汁典型色素研究

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糖汁中有色物质会导致生产出的白砂糖品质降低,因此在白砂糖生产过程中需对糖汁进行脱色处理。目前制糖企业普遍应用苯乙烯基树脂用于糖汁脱色,但苯乙烯基树脂可能存在具有致癌性的单体残留,用于食糖纯化会存在食品安全隐患。因此开发一种新型环保安全的脱色树脂以替代现有苯乙烯基离子交换树脂用于制糖工业中糖汁的脱色具有重要意义。本文以氢化松香(β-丙烯酰氧基乙基)酯(HREGA)为单体,甲基丙烯酸二甲氨乙酯为功能单体(DEAEMA),甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)为交联剂,通过悬浮聚合法制备松香基阴离子交换树脂(RAER)作为新型糖用脱色树脂,并将其用于吸附去除糖汁己糖碱性降解色素(HADPs)与色素前驱体没食子酸(GA),研究主要内容如下:(1)探讨不同单体比例与致孔剂种类对松香基阴离子交换树脂的结构形貌影响,并采用FTIR、SEM、BET和TGA对RAER的结构-性能进行表征。获得RAER最优孔结构条件是HREGA、EGDMA及DEAEMA摩尔比为0.2:4:8,选择PPG为致孔剂,其比表面积为18.47 m~2·g-1,孔体积为0.15 cm~3·g-1,孔径分布范围为5~180 nm,平均孔径为26.31 nm,树脂机械强度高,具有良好热稳定性。采用细胞毒性实验测定RAER生物相容性,结果表明,当RAER浸提液质量浓度达到100μg·m L-1时,测试细胞在72 h后存活率仍达到95.82%,证明RAER不具备可诱导细胞死亡的物质,是一种绿色安全的新型糖用脱色树脂。(2)采用静态吸附对树脂投加量、反应温度、吸附时间及p H值四个吸附单因素进行探究以确定RAER对HADPs的最佳吸附条件:在RAER投加量为0.05 g·m L-1、吸附温度为343 K、吸附时间为10 h、吸附体系p H值为7.0时及HADPs初始浓度为100 mg·L-1,RAER对HADPs的去除率可达100%。RAER再生20次后,对HADPs的去除率率仍有92.18%。对RAER吸附HADPs的过程进行机理分析:RAER对HADPs的吸附动力学符合准二级动力学模型(R~2≥0.99),等温线符合Freundlich模型(R~2≥0.98),热力学参数ΔH=62.32KJ·mol-1,吸附机理是以吸附活性位点为主的非均质吸热吸附过程。采用SEM、BET、FTIR与EDX表征RAER吸附HADPs后的理化性质变化,RAER在吸附HADPs后树脂内部有效吸附位点已与大分子色素物结合,其比表面积为15.48 m~2·g-1,孔体积为0.13 cm~3·g-1,平均孔径为23.40 nm,N元素含量由15.58%降低至10.81%,说明HADPs吸附过程主要以叔胺基团为介导。Zeta电位分析显示RAER吸附HADPs行为存在静电吸引作用(离子交换)。(3)采用静态吸附对树脂投加量、吸附时间及p H值三个吸附单因素进行探究以确定RAER对GA的最佳吸附条件:在RAER投加量为0.005 g·m L-1、吸附时间为12 h、吸附体系p H值为3.0及GA初始浓度为400 mg·L-1时,RAER对GA去除率及吸附量分别为94.67%及76.55 mg·g-1。RAER再生10次后,对初始质量浓度为400 mg·L-1的GA溶液脱色率与去除量仍有82.24%与65.44mg·g-1。对RAER吸附GA的过程进行机理分析:RAER对GA的吸附动力学符合准二级动力学模型(R~2≥0.99),等温线符合Freundlich模型(R~2≥0.98),吸附机理是以吸附活性位点为主的非均质吸附过程。采用SEM、BET、FTIR与EDX表征RAER吸附GA后的理化性质变化,RAER在吸附GA后树脂内部有效吸附位点已与大量小分子色素物结合,其比表面积为16.56 m~2·g-1,孔体积为0.12 cm~3·g-1,平均孔径为23.75 nm,N元素含量由15.58%降低至5.42%,说明GA吸附过程主要以叔胺基团为介导。
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