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1、脱色脱酸树脂的原理及应用,,离子交换的基本概念,定义：利用离子交换剂能吸附溶液中一种离子同时放出另一种相同电荷的离子的特点，使这种交换剂和溶液之间进行的同号离子相互交换现象叫离子交换。 离子交换反应是可逆的，逆反应称之为再生。因此，离子交换剂经再生后可反复使用。,离子交换剂,定义：凡具有离子交换能力的物质，统称为离子交换剂。 分类：离子交换剂可分为无机和有机两大类 目前用的最多的离子交换剂 是人工合成的有机高分子聚合物 离子交换树脂。 离子交换树脂是一种不溶于酸碱和有机溶剂的网状结构的高分子化合物。,离子交换技术的发展,1814年，英国人开始认识了交换现象 利用离子交换技术法软化水始于20世纪
2、初期 在30年代，由于离子交换树脂的出现，离子交换技术的应用迅速发展，广泛应用于化工、医药、食品等领域,离子交换树脂,目前最常用的离子交换树脂是苯乙烯二乙烯苯的聚合物。 组成,常用的离子交换树脂,据所含交换基团的性质分为： 阳离子交换树脂 强酸型 ：含磺酸基团 (R-SO3H) 中等酸型 ：含磷酸基团 (-O-PO2H4) 弱酸型： 含酚基、羧基 阴离子交换树脂 强碱 ：含季胺基团 -N+(CH3)3 弱碱 ：含叔胺、伯胺基团-N(CH3)2,,,阳离子交换树脂,阳离子交换树脂：合成树脂的本体上带有酸性活性基团，可以被阳离子所交换的树脂。 不能交换的离子称固定
3、离子，可交换的离子称平衡离子。 磺酸型离子交换树脂所含有的活性基团磺酸基 (一SO3H)中，含有一个可被交换的阳离子H+和一个不能交换的阴离子S03 -,阴离子交换树脂,阴离子交换树脂：本体上带有碱性活性基团，可以被阴离子所交换的树脂。 其活性基团，都含有一个可以交换的阴离子和一个不能交换的阳离子。,螯合树脂： 树脂含有特殊的活性基团，可与某些金属离子形成螯合物，适用于分离富集金属离子或某些有机化合物。 大孔吸附树脂： 分为：极性 非极性 中极性 具有比较大的孔，适于大分子物质的吸附，且洗脱性良好，被吸附物可以容易地被洗脱下来。,新型离子交换树脂,作用原理,阳离子交换树脂大都含有磺酸基（S
4、O3H）、羧基 （COOH）或苯酚基（C6H4OH）等酸性基团，其中的 氢离子能与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换。比如 2RSO3H + Ca2+ == (RSO3)2Ca + 2H+ 阴离子交换树脂一般含有季胺基N（CH3）3OH、胺基（NH2）或亚胺基（NRH）等碱性基团。它们在水 中能生成OH-离子，可与各种阴离子交换，比如： RN（CH3）3OH + Cl- == RN（CH3）3Cl + OH-,型号：为了区别离子交换树脂同一类型的不同品种，用三位阿拉伯数字表示 第一位：代表产品分类；第二位：代表骨架的差异；第三位：为顺序号，用以区别基团,离子交换树脂的理化性能,外观：
5、球形、浅色为宜，粒度大小为16-60目90% 机械强度：90%； 含水量：0.3-0.7g/g 树脂； 交换容量：重量交换容量、体积交换容量、工作交换容量或称表观交换容量（在某一条件下）； 稳定性：化学稳定性、热稳定性； 膨胀度：交联度、活性基团的性质与数量、活性离子的性质、介质的性质和浓度、骨架结构； 湿真密度：单位体积湿树脂的重量； 孔度、孔径、比表面积,含水量和密度 商品离子交换树脂具有亲水性，常含有一定的结合水分。结合水的含量与其官能基的性质及交联度有关，并随着空气湿度变化而改变。 粒度 树脂的粒度关系到离子交换速度、树脂床中液流分布均匀性和液流压强降，以及反洗时树脂流失等 。,交联度
6、,交联剂在树脂单体总量中所占质量分数称为交联度。一般交联度为414，常见为8。 其中交联度的影响有： （1）网状结构的紧密度 （2）孔径大小 （3）交换速度 （4）选择性,溶胀变化,干的离子交换树脂浸入纯水后，水即扩散入树脂交联网孔内。此时，树脂交换基团在水中即发生解离，并形成水合离子，从而使树脂交联网孔增大，发生膨胀，称为树脂膨胀。 溶胀变化通常按干树脂所吸取的水的百分率来表示，或称溶胀率 。,交换容量,交换容量是说明树脂的交换能力，通常按每克干树脂所能交换的离子的毫摩尔来表示。 在工业上，常按单位体积树脂所能交换的物质的量 (摩尔)表示。,选择性,选择性是指离子交换剂对不同离子的亲和力
7、。 在低浓度的水溶液中和室温条件下，多价离子比单价离子优先交换。等价离子的选择性随着原子序数的增加而增加。 在高浓度溶液中，多价离子的选择性随着浓度的提高而减小。,影响离子交换的主要因素,离子的水化半径：半径较小的离子易吸附。 离子的化合价：化合价愈高愈易吸附。 溶液的pH：要考虑树脂及被分离物质的酸碱稳定性 树脂的交联度：交联度大，膨胀度小的树脂选择性 较好。 搅拌速度：在一定程度上，越大越快。 溶液浓度：当交换速度为外扩散控制时，浓度越大，交换速度越快。,树脂再生,由于离子交换作用是可逆的，因此用过的离子交换树脂一般用适当浓度的无机酸或碱进行洗涤，可恢复到原状态而重复使用，此过程称为
8、再生。 再生的目的：恢复树脂的交换能力 再生剂的种类： 阳离子交换树脂：HCl（4%） 阴离子交换树脂：NaOH（4%） 再生剂用量：1.23.0 倍树脂体积。 再生方式：顺流再生 逆流再生,树脂处理技术在果糖生产中的应用,,苹果果糖是以苹果汁为原料生产的天然果汁果糖。它是碳酸饮料最佳主剂基料，不仅赋予碳酸饮料低甜度、低热值的属性，而且赋予饮料维生素、矿物质等营养成分。因此，近年来，随着消费结构的调整，迫使欧美、日等发达国家饮料生产商将目光转向苹果果糖，因此苹果果糖市场容量很大。,苹果果糖生产工艺流程,苹果原料拣选清洗破碎压榨前巴氏杀菌酶解超滤离子交换与吸附（脱色脱酸去离子）
9、浓缩后巴氏杀菌灌装,树脂有很好的吸附和再生性能、高度选择性。树脂处理技术具有操作简单、成本低、易于实现自动化以及可以循环使用等优点，从而使该技术在果汁脱色、脱酸等方面得到广泛的应用。已经成为生产性能稳定、品质优良、无农药残留果汁的重要助剂。随着一些新型树脂的问世，使它在果汁生产中的应用越来越广泛。,,在果汁脱酸中的应用,苹果果糖要求果酸0.02%，其技术难度高。为解决果酸问题，我们利用阴离子交换树脂对苹果汁中的果酸(主要为苹果酸)进行交换吸附，使苹果果糖中的果酸含量低于0.02%。,在果汁脱色方面的应用,色值是反映浓缩苹果汁颜色深浅程度的一项理化指标。果汁在贮存中，会发生非酶促褐变反应，导致色
10、素增加，颜色变深，降低了产品质量、价格和可接受性。因此，提高脱色效率、降低褐变速度对提升浓缩果汁的品质、增加企业的经济效益有重要意义。,吸附树脂对色素的分离与纯化表现出独特的优越性。在浓缩果汁加工中, 对已发生的褐变, 一般采用吸附脱色的方法, 提高色值, 降低褐变指数。,美拉德反应是还原糖和氨基酸之间经过三个阶段反应，伴随5-HMF(5-羟甲基糠醛)的积累，触发链式复合反应产生褐变色素，是浓缩苹果、梨汁贮存期间的褐变主要原因。因此，降低氨基酸的含量可降低美拉德反应的速度，从而降低浓缩梨汁贮存中非酶促褐变的速度。 用阳离子树脂脱氨基酸，可降低氨基酸浓度及褐变指数(T440nm)。,类型：大孔
11、阳离子交换树脂 作用原理：氢离子能与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换。比如: 2RSO3H + Ca2+ == (RSO3)2Ca + 2H+ 作用 ：脱盐（Na+ Ca2+ Mg2+ K+） A柱出来后PH ：1-2 （强酸性） 出厂形式 ：钠型（LX-100型树脂） 再生 ：HCl,A 柱,B柱：,类型：大孔阴离子交换树脂作用原理：在水中能生成OH-离子，可与各种阴离子交换，比如：RN（CH3）3OH+Cl- == RN（CH3）3Cl + OH- 作用：去阴离子（NO3-等），脱色脱酸氨基态氮：A,B柱共同作用脱去 出厂形式：氯型 （LX-200型树脂）再生：NaOH(4%）B柱出来后PH：9-10 (碱性),C 柱,类型:强酸性大孔阳离子交换树脂 作用：调pH值（LX-400型树脂） OH _+ H + == H2O,运行过程,装柱：注意检查吸附水帽是否固定 水冲：反冲洗方式（自下而上） 运行： A1-2A2-2柱中间缓冲罐1泵1B1-2B2-2缓冲罐2泵2C1-2清汁罐 再生：反洗 再生 反漂 正漂,反洗的目的,松动压紧的树脂床层，使床层膨胀 清除截留在树脂层内的悬浮物和有机杂质 冲洗细小的树脂碎粉,再生的目的,使交换终了失效的树脂上已吸附的离子除去，并代之以新的被交换离子，从而达到反复使用的目的。,谢谢各位,
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