劉細蓮，林日嘉，陳水挾

（中山大學(xué)材料科學(xué)研究所，聚合物復(fù)合材料與功能材料教育部重點實驗室，廣東 廣州 510275）

蔗渣基強堿性離子交換纖維的制備及其對糖液脫色的研究＊

劉細蓮，林日嘉，陳水挾

（中山大學(xué)材料科學(xué)研究所，聚合物復(fù)合材料與功能材料教育部重點實驗室，廣東 廣州 510275）

本工作以蔗渣纖維素為基體，一步接枝陽離子單體甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DMC），直接制得季銨型的強堿性陰離子交換纖維PGSB－N（CH3）3＋Cl－.并研究了材料的制備條件、結(jié)構(gòu)以及脫色性能；使用該改性蔗渣纖維對赤砂糖糖液進行脫色實驗.實驗證明，該改性蔗渣纖維脫色效果良好，而且價格低廉，再生容易.此外，一步法制備有利于進一步工業(yè)化，操作簡單.

甘蔗渣；甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨；接枝共聚；糖液脫色

脫色歷來是制糖業(yè)的難題之一，也是精煉糖業(yè)的一個最重要的環(huán)節(jié).一般食用糖對色澤會有一定要求，而在飲料工業(yè)、某些食品業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)用的糖，對其除色的要求更高.在制糖工業(yè)尤其是在煉糖工業(yè)中，除色過程需要耗費很大的一筆費用.

離子交換樹脂用于制糖業(yè)已有幾十年歷史，但由于糖液中高分子雜質(zhì)較多，容易堵塞樹脂孔道，離子交換樹脂一般不直接用于清汁脫色，且其設(shè)備投資大、再生周期長［1］.具有同樣功能基的離子交換纖維則有較大的比表面，交換速度、再生能力均優(yōu)于樹脂，且使用壽命長，將其用于糖液脫色較易實行，有良好的發(fā)展前景［2］.

本工作通過甘蔗渣與DMC接枝共聚，然后用鹽酸浸泡制得強堿性陰離子交換纖維，并考察改性蔗渣纖維糖液脫色的效果，希望能從循環(huán)經(jīng)濟的角度提高蔗糖產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益.

1 實驗部分

1.1 蔗渣基強堿性陰離子交換纖維的制備

將蔗渣經(jīng)過粉碎機粉碎后，進行適當(dāng)預(yù)處理，得堿化蔗渣纖維素.取一定量的堿性蔗渣纖維素加入150 m L三頸瓶中，然后加入一定量的催化劑和單體，水浴加熱到一定溫度，反應(yīng)一段時間.反應(yīng)完畢后將蔗渣用水清洗干凈，在70℃下烘干后，得到甘蔗渣與DMC接枝共聚物.按式（1）計算接枝率.

式（1）中：G 為接枝率，W0為接枝前蔗渣干重，Wg為接枝后蔗渣干重.

上述接枝纖維胺化處理后，用0.1 mol／L鹽酸溶液室溫浸泡攪拌5 h，水洗至中性，在60℃烘箱真空干燥，得強堿型陰離子交換纖維PGSB－N（CH3）3＋Cl－.

1.2 糖液脫色試驗

將離子交換材料置于0.1 mol／L HCl溶液中浸泡后用蒸餾水洗至中性，真空干燥至質(zhì)量恒定.

分別稱取0.50 g經(jīng)預(yù)處理的離子交換材料于不同編號的錐形瓶（一個錐形瓶不加入脫色劑作為對比），加入50 m L經(jīng)過濾的2%赤砂糖溶液，放入恒溫振蕩器中在60℃下進行脫色，60 min后取出纖維，冷卻至室溫.用0.5 mol／L NaOH（或 HCl）溶液調(diào)節(jié)p H至7.0±0.2.倒入比色皿中，用分光光度計在420 nm波長下以蒸餾水為參比，測定其吸光度.然后用手持糖量計測定其錘度，并進行溫度校正.

糖液色值IU420＝1000×A420／（b×c） （2）

式（2）中：A420——420 nm 波長下測得的樣液吸光度，m A；b——比色皿厚度，cm；c——樣液固溶物濃度，g／m L，其中c＝折光錘度×相應(yīng)視密度（20℃）／100；IU420——420 nm 波長下測得的國際糖色值IU，結(jié)果取到個位數(shù).

2 結(jié)果與討論

圖1是甘蔗渣原纖維（SB）、接枝率為50%的纖維（PGSB－N（CH3）3＋Cl－）的紅外譜圖.從圖中可以看到，相對于蔗渣原纖維，接枝纖維在1727 cm－1處出現(xiàn)的吸收峰屬于DMC中酯鍵C＝O的伸縮振動峰；接枝纖維的季銨結(jié)構(gòu)中不存在N—H鍵，因此3496 cm－1處的吸收峰并未比原纖維明顯加強；此外，在1477 cm－1處出現(xiàn)了弱的C—N伸縮振動吸收峰.這些結(jié)果都證明了DMC被成功地接枝到甘蔗渣纖維表面.

圖1 接枝前后蔗渣纖維的紅外譜圖

根據(jù)元素分析結(jié)果中的氮含量2.369%推算纖維的接枝率為47%，與根據(jù)重量變化計算的接枝率50%也比較相近，這些結(jié)果都證明DMC單體成功地接枝上預(yù)輻照的粘膠纖維.

圖2是強堿性201樹脂（AIER）、強堿性季銨鹽離子交換纖維（AIEF）和PGSB－N（CH3）3＋Cl－纖維的糖液脫色的色值曲線，可以看出流出液的色值大小為AIEF＜PGSB－N（CH3）3＋Cl－＜AIER.從圖2可以看出，當(dāng)流出體積近250 m L時，蔗渣基離子交換纖維PGSB－N（CH3）3＋Cl－對糖液的脫色性能與同類型的商品化離子交換纖維相近，而且遠遠優(yōu)于所比較的離子交換樹脂.用1 g的PGSB－N（CH3）3＋Cl－纖維可以處理250 m L的2%赤砂糖液，脫色率達68%，顯現(xiàn)纖維脫色效率高，處理糖液量大等優(yōu)點.

圖2 不同材料在糖液的動態(tài)脫色圖

圖3 PGSB－N（CH 3）3＋Cl－ 和其三次再生纖維的動態(tài)脫色曲線

圖3是接枝率為50%的PGSB－N（CH3）3＋Cl－纖維與其再生纖維對糖液動態(tài)脫色的流出曲線，可以看出，吸附后的離子交換纖維用10%NaCl可得到有效再生，纖維經(jīng)三次吸附脫附循環(huán)后，纖維對糖液的脫色性能未見明顯下降，脫色率均保持在70%以上.再生及重復(fù)使用不影響纖維的脫色能力，顯示這種接枝纖維在糖液脫色中具有廣闊的應(yīng)用前景.

3 結(jié) 論

經(jīng)堿化后的甘蔗渣纖維可以有效地與DMC反應(yīng)生成接枝共聚物.從脫色試驗結(jié)果看，這種改性甘蔗渣脫色劑對赤砂糖溶液脫色效果遠好于同類型的強堿性離子交換樹脂，與商品化的強堿性離子交換纖維相近.用1 g的PGSB－N（CH3）3＋Cl－可靜態(tài)處理250 m L的2%赤砂糖液，脫色率達68%.

以甘蔗渣為原料制備糖液脫色劑，價格低廉，可再生，具有良好的應(yīng)用前景.

［1］周定懷，鄧瓊，曾桂生，等.陰離子交換纖維在甘蔗糖汁脫色中的應(yīng)用研究［J］.廣西蔗糖，2004（1）：41－45.

［2］孫瀟.改性蔗渣纖維素的開發(fā)及在糖液中的應(yīng)用研究［D］.南寧：廣西大學(xué).2006.

Preparation of a bagasse－based strong base anion exchange fibers and their application in sugar colorants removal

LIU Xi－lian，LIN Ri－jia，CHEN Shui－xia
（PCFM Lab，Materials Science Institute，Sun Yat－Sen University，Guangzhou 510275，China）

A novel type of strong base anion－exchange fibers with bagasse as the raw materials was prepared by grafting copolymerization of［2－（methacryloyloxy）ethyl］trimethylammonium chloride on bagasse fiber.The preparation condition，structure and decolorization performance of the strong base anion exchange fibers were investigated.The products were used for dynamic sugar decolorization.The experiments showed that modified bagasse fiber exhibited excellent properties of decolorization，easy regeneration and low cost.Meanwhile，the one－step preparation method is easy to operate，which is of great benefit to industry production.

sugarcane bagasse；［2－（methacryloyloxy）ethyl］trimethylammonium chloride；graft copolymerization；sugar colorant removal

O647.31＋6.2

A

1673－9981（2010）04－0786－03

2010－10－23

廣東省科技計劃項目（2008B010600039）

劉細蓮（1986—），女，江西宜春人，碩士研究生.