活性炭在糖净化工艺中的应用

　　在制糖过程中，产品的质量取决于产品的去污效果，对制糖的产率也有重要影响。传统的制糖工艺是用化学澄清剂（如灰化法、亚硫酸法）将蔗糖中的非糖含量转化为沉淀或沉淀去除。这种传统工艺一直受到国内厂商的青睐。然而，这个过程是漫长而复杂的。同时，糖浆中会加入新的非糖成分，不同程度地影响产品质量和废蜂蜜的产量。

　　活性炭吸附是跳出化学澄清的范畴，采用物理或物理化学的方法对糖汁进行有效的净化，具有更广泛的脱色范围。

　　1、 活性炭对糖浆的脱色原理

　　活性炭颗粒中有许多微孔，其孔径从几埃到几微米不等。特别是有许多从几埃到几十埃的微孔，它们都有相应的微孔表面积，使其比表面积很大。活性良好的1G活性炭比表面积可达1000m2左右。由于活性炭表面的原子力场是不饱和的，并且存在残余价力，因此在如此大的比表面积上，其表面能是非常明显的。正是由于吸附作用，活性炭表面的不饱和力场得到了一定程度的补偿，从而降低了表面能。因此，在一定的温度和压力下，活性炭的表面能自动吸附一种降低其表面能的物质。但活性炭从溶液中吸附不同物质的量比与这些物质在溶液中的比例并不一致。它总是努力使吸附表面上的溶质浓度趋于相等。这样，即使在吸附容量相同的情况下，糖液中浓度较低的非糖比浓度较高的蔗糖更容易被吸附，糖浆中的有色物质一般分子较大，分子量也相应较大。通过吸附，活性炭的表面能得到较大程度的降低，使活性炭处理后的糖浆得到很大程度的脱色。正是由于活性炭对糖浆的脱色净化作用，使其在国外先进糖业中得到了很好的应用。上世纪80年代日本糖业使用活性炭的数量如下表所示。

　　表1日本糖业活性炭消耗量

　　1983 1984 1985 1986 1987 1988

　　糖2411 2400 2400 2520 2650 2780

　　淀粉糖1744 1760 1800

　　2、 吸附率

　　将重新溶解的糖浆加入烧杯中，同时加入活性炭颗粒搅拌。此时，糖浆中与活性炭表面接触部分的有色物质和其他杂质被吸附。然后，远离活性炭的有色物质通过对流运动到活性炭表面并被其吸收。这些吸附在表面的物质有的吸附在颗粒的外表面，其余的通过颗粒点的孔隙移动到活性炭颗粒的深度，吸附在孔隙壁上，通过表面扩散吸收到活性炭颗粒的深度。在本实验中，随着糖浆温度的升高，用分光光度计可明显测定活性炭对糖浆的脱色率。这可能是由于温度的升高、平均动能的增加和布朗运动，更有利于糖浆中有色物质向活性炭表面的对流。

　　3、 活性炭类型的选择

　　由于原料和制备方法的不同，活性炭的理化性质也不同，这就使得活性炭的吸附能力不同。一般来说，椰子壳的低分子和微孔炭比较合适，但对于从低分子到大分子吸附剂的溶液，煤系活性炭比较合适。表2显示了几种不同原料制成的活性炭的性能比较。

　　表2不同原料制备的活性炭性能比较

　　原料比表面积m/g孔隙体积，孔隙分布碘值g/l苯酚值mg/l

　　褐煤1731290

　　椰子壳1145280

　　烟煤997230

　　烟煤865210

　　椰子壳712200

　　烟煤769160

　　椰子壳583190

　　木材845190

　　褐煤6511160

　　烟煤73190

　　煤炭326120

　　碘值由240g/l下降到40g/l（g/l）；

　　苯酚值：从2×10-10（w/w）降低到2×10-10（w/w）所需的活性炭量（mg/l）；

　　亚甲基蓝脱色能力：每克活性炭吸附亚甲基蓝的毫升数（浓度为毫升/升）。

　　由表2可知，表面积越大，活性炭的脱色能力越强。但在化学吸附方面，仅根据活性炭生产厂家提供的一般性能，如亚甲基蓝吸附量、碘值、酚值吸附量、比表面积等来选择活性炭并不十分准确。特别是糖浆中有机杂质的官能团多为羟基（苯酚），羧基、醛基和内酯类的氧化容易增加活性炭表面的极性，使活性炭表面产生正负电流。因此，它可以与糖浆中有机物的杂质结合。此时，应通过对实际糖浆的脱色试验，选择合适的活性炭。

　　4、 活性炭吸附脱色装置的选择

　　（1） 粒状炭或粉状炭；

　　（2） 吸附脱色法；

　　（3） 对问题进行预处理。

　　颗粒炭或粉状炭的选择应在综合考虑建设成本、建设用地、吸附脱色装置利用率、运行管理费、活性炭来源等因素后确定。目前市场上一吨碳粉只有几千元，而一吨颗粒状碳粉能卖到一万多元，而且碳粉的质量能达到两万元。

　　波浪活性炭厂家推荐的活性炭粉是相应的吸附脱色方法是搅拌筒。将活性炭加入到按一定比例注入糖浆的糖浆搅拌桶中，通过机械搅拌使其与糖浆接触。吸附后的活性炭可过滤分离，故又称接触过滤。

　　另外，还有固定床吸附脱色、移动床吸附脱色、移动床吸附脱色等，同时，各种吸附脱色方法又可分为一个脱色塔，一个阶段在下游脱色，另一个阶段是下游多阶段脱色和脱色采用逆流多级脱色等方法，并进行适当的选择，充分发挥各自的特点。

　　这里需要强调的是，糖浆在脱色前应进行预处理，糖浆中的悬浮物通常通过过滤去除。另外，在制造过程中，由于加工工艺不同，** 终的活性炭产品可能是酸性的，也可能是碱性的。在制糖过程中，蔗糖在酸性条件下易转化，在碱性条件下易还原，不利于整个制糖过程。因此，活性炭的pH值在使用前应调整到中性。

　　脱色和纯化是制糖生产的关键。活性炭由于具有显著的脱色和净化效果，在许多精制糖生产过程中得到了广泛的应用。随着制糖技术的进一步发展，活性炭将有更广阔的发展前景。