【摘 要】
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甜菜粕(SBP)含水量大,持水性高,干燥耗能大。本文以SBP为原料,通过金属阳离子交联、柠檬酸或冰醋酸等有机酸酯化改性等不同处理方式,建立一种成本低廉、效果显著的SBP改性方法,改善干燥和吸附性能,探讨可能的干燥和吸附性能改善机制。主要研究结果和结论如下:(1)以SBP干基含水率为指标,确定了Ca2+交联或Cu2+交联处理改善SBP干燥性能的最佳工艺条件:Ca2+浓度1000 mg/L或Cu2+浓
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甜菜粕(SBP)含水量大,持水性高,干燥耗能大。本文以SBP为原料,通过金属阳离子交联、柠檬酸或冰醋酸等有机酸酯化改性等不同处理方式,建立一种成本低廉、效果显著的SBP改性方法,改善干燥和吸附性能,探讨可能的干燥和吸附性能改善机制。主要研究结果和结论如下:(1)以SBP干基含水率为指标,确定了Ca2+交联或Cu2+交联处理改善SBP干燥性能的最佳工艺条件:Ca2+浓度1000 mg/L或Cu2+浓度750 mg/L,水浴温度均为40℃,p H均自然,在此最优条件下Ca2+-SBP和Cu2+-SBP的干基含水率分别为5.23和4.33 g/g,与SBP原粕相比,干基含水率均下降30-40%。基于干燥数据建立数学干燥模型,其中Midilli-Kucuk模型拟合度最好。XRD、FT-IR和SEM分析表明,Ca2+-SBP和Cu2+-SBP纤维中-OH含量降低,结晶度下降,且纤维表面空隙变小。(2)经柠檬酸酯化交联改性后的酯化交联改性甜菜粕,再负载Ca2+或Cu2+(Ca2+-CDSBP和Cu2+-CDSBP)干基含水率明显下降,干燥所需时间明显缩短。最优干燥工艺条件为:Ca2+浓度250 mg/L、Cu2+浓度100 mg/L,水浴温度均为40℃,p H分别为6.0和4.0。此时Ca2+-CDSBP和Cu2+-CDSBP的干基含水率分别为3.62和3.65 g/g,与SBP原粕相比,干基含水率分别下降了3.39和3.36 g/g,干燥时间均缩短了105 min。根据干燥动力学数据进行干燥模型拟合,结果表明Midilli-Kucuk模型可以说明Ca2+-CDSBP和Cu2+-CDSBP的干燥过程。XRD、FT-IR和SEM表征结果表明,酯化改性后果胶被去除,羰基官能团被成功引入甜菜纤维的羟基上,增加甜菜纤维的金属离子结合性能。(3)经冰醋酸改性后负载Ca2+或Cu2+可降低甜菜粕的持水性。当Ca2溶液浓度250 mg/L、Cu2+溶液浓度100 mg/L、水浴温度均为40℃,p H自然条件下,Ca2+-GDSBP和Cu2+-GDSBP的干基含水率分别为3.54和3.48 g/g,干燥时间均为110 min,与甜菜粕原粕相比,干基含水率分别下降了3.42和3.27 g/g,干燥时间均缩短了100 min。数学干燥模型拟合结果表明Midilli-Kucuk模型更符合Ca2+-GDSBP和Cu2+-GDSBP的干燥动力学规律。XRD和FT-IR结果表明,GDSBP结晶度下降,与Ca2+或Cu2+配位后羟基官能团明显下降,即配位成功。(4)冰醋酸酯化改性可提高SBP对Ca2+和Cu2+的吸附性能。GDSBP的最佳钙吸附工艺条件为:Ca2+初始浓度1500 mg/L,处理时间15 min,吸附温度50℃和溶液p H 7.0;GDSBP的最佳铜吸附工艺条件为:Cu2+初始浓度1500 mg/L,处理时间30 min,吸附温度50℃和溶液p H 4.0。GDSBP对Ca2+和Cu2+的吸附过程符合假二级吸附动力学模型,说明冰醋酸酯化改性甜菜粕对Ca2+或Cu2+的吸附是化学吸附过程,由颗粒内扩散、表面吸附等多个控速步骤共同控制;吸附平衡数据均符合Langmuir等温线模型,说明GDSBP吸附Ca2+和Cu2+的过程不是简单的单层吸附,是多重吸附机制的综合,如离子交换、物理吸附和静电作用等。
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