ВОПРОС 2. ХАРАКТЕРИСТИКА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ АДСОРБЕНТОВ

В пищевых производствах широко используют следующие ад­сорбенты: активные угли, силикагели (гель кремниевой кислоты), алюмогели (гидроксид алюминия), цеолиты, глины и другие при­родные адсорбенты. Адсорбенты, которые непосредственно кон­тактируют с продуктами, должны быть биологически безвредны­ми, т. е. они должны быть нетоксичными и прочными, не засорять

продукт.

Адсорбенты характеризуются большой удельной площадью по­верхности, отнесенной к единице массы вещества. Они имеют различные по диаметру поры, которые можно разделить на макро­поры (более 2·10^{-4 мм}), переходные поры (6 • 10^-6...2 · 10~⁴) и микропоры размером от 2 • 10-⁶ до 6 • 10^{-6 мм. От размера пор в большой степени зависит характер адсорбции. При адсорбции возможно образование слоев молекул поглощенного вещества толщиной в одну молекулу (мономолекулярная адсорбция), тол­щиной в несколько молекул, так называемая полимолекулярная} адсорбция.

Адсорбенты характеризуются поглотительной способностью (активностью), определяемой количеством вещества, поглощен­ного единицей массы или объема адсорбента.

Различают статическую и динамическую поглотительную спо­собность. Статическая поглотительная способность определяется максимально возможным количеством вещества, поглощенного единицей массы (объема) адсорбента.

Динамическая поглотительная способность определяется при пропускании адсорбтива через слой адсорбента и характеризуется количеством вещества, поглощенного единицей массы (объема) адсорбента от начала адсорбции до «проскока» адсорбтива через слой адсорбента.

Максимальная поглотительная способность адсорбента при определенных температуре, давлении и концентрации адсорбиру­емого вещества называется равновесной активностью. В промыш­ленности используют адсорбенты в виде гранул размером 2...7 мм либо в порошкообразном состоянии с частицами размером

50...200мкм.

Активные углиполучают при сухой перегонке углесодержащих веществ, таких, как дерево, торф, кости и др. Активирование про­водят в основном прокаливанием углей при температурах свыше 900 °С.

В спиртовом и ликероводочном производствах используют ак­тивные угли растительного происхождения (березовый БАУ, бу­ковый).

Удельная площадь поверхности активных углей составляв 600...1750м²/г, насыпная плотность —250...450 кг/м³, объем мик ропор — 0,23...0,6 см³Д. Они отличаются низким содержание золы (менее 8 %).

Эффективность адсорбционной очистки во многом определя­ется пористой структурой адсорбента, решающая роль принадле­жит микропорам. Рекомендуется применять угли с предельным объемом адсорбционного пространства 0,3 см³/г. Размеры микро-пор определяют скорость каталитических реакций в адсорбиро­ванной фазе. Оптимальными являются активные угли с микропо­рами размером 0,8... 10 мкм.

Активные угли обычно используют для очистки промышлен­ных газовых выбросов.

В спиртовом и ликероводочном производствах активные угли применяют для извлечения из сортировки (смесь спирта с водой) и спирта-ректификата альдегидов, кетонов, сложных эфиров, карбоновых кислот и высокомолекулярных веществ (сивушных ма­сел). Уголь извлекает глюкозу и фруктозу, содержащиеся в неко­торых сортах водки. Активный уголь используют для осветления пива и фруктовых соков. Для обесцвечивания сахарных сиропов применяют активный уголь, полученный на базе костяного угля. Типичным мелкозернистым углем для обесцвечивания сахарных сиропов, коньяков, вин, фруктовых соков, эфирных масел, жела­тина является уголь деколар. В некоторых случаях одновременно с обесцвечиванием происходит удаление запаха, привкуса, колло­идных и других примесей.

Силикагелипредставляют собой продукты обезвоживания геля кремниевой кислоты. Их получают обработкой раствора силиката натрия минеральными кислотами или растворами их солей. Удельная площадь поверхности силикагелей составляет 400...780 м²/г, их насыпная плотность—100...800кг/м³. Диаметр гранул силикагеля достигает 7 мм.

Силикагели используют для осушки воздуха, осветления пива и фруктовых соков.

Цеолиты— водные алюмосиликаты природного или синтети­ческого происхождения. Размер пор синтетических цеолитов соизмерим с размерами сорбируемых молекул, поэтому они могут адсорбировать молекулы, проникающие в поры. Такие цеолиты называются молекулярными ситами. Цеолиты некоторых марок используют для концентрирования соков.

Цеолиты характеризуются высокой поглотительной способнос­тью, их применяют для осушки газов и жидкостей, выпускают в гранулированном виде, диаметр гранул 2...5 мм.

Глины и другие природные глинистые адсорбенты— бентонито­вые глины на основе монтмориллонита и отбеливающие глины 434 гумбрин, асканит и др. — являются высокодисперсными система­ми со сложным химическим составом. В них входят Si0₂, А1₂Оз, Fe₂0₃, CaO, MgO и другие оксиды металлов.

Наиболее распространенный метод активации природных глин — обработка их минеральными кислотами. При этом удаля­ются оксиды кальция, магния, железа, алюминия и других метал­лов, образуются дополнительные поры.

Удельная площадь поверхности глин составляет 20...100м²/г, средний радиус пор 3...10 мкм.

Отбеливающая способность активных глин повышается с уве­личением катионообменной емкости. Высокая отбеливающая способность бентонитовых глин связана с их кислотными свой­ствами—содержанием в обменном положении ионов Н⁺ и А1⁺. Удаление соединений из жидкостей происходит вследствие хемосорбции на кислотных центрах поверхности абсорбентов.

Глинистые материалы применяют в основном для очистки раз­личных жидких сред от примесей, например окрашенных веществ, в результате чего продукт обесцвечивается, поэтому природные глинистые адсорбенты иногда называют отбеливающей землей.

Глинистые адсорбенты используют в пищевой промышленнос­ти для осветления вин, пива, фруктовых соков, рафинирования растительных масел, воды и для других целей. Для осветления пива широко применяют бентонитовые глины.

Натриевый бентонит не только осветляет и стабилизирует вина, но и ускоряет срок созревания и выдержки. Окислительно-восстановительные и другие реакции, происходящие в винах, ка­тализируются минералами и катионами, входящими в состав бен­тонита.