CN115739209B - 淀粉糖用阴离子交换树脂复苏方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种淀粉糖用阴离子交换树脂复苏方法，其属于玉米深加工及糖浆精制技术领域。它主要包括以下步骤：S1、将树脂置于树脂柱中以自来水进行反洗，去除破碎树脂；S2、NaOH溶液进行再生，再生完成后用去离子水冲洗；S3、HCl溶液将树脂由OH型转为Cl型；S4、将树脂加入酸性蛋白酶进行超声处理；S5、超声处理后用碱盐水进行彻底清洗；S6、用HCl溶液将树脂由OH型转为Cl型；S7、将树脂中加入表面活性剂并进行超声处理；S8、超声处理后的树脂再以碱盐水进行彻底清洗；S9、NaOH溶液进行再生，再生完成后即可投入使用。本发明延长了旧阴树脂的使用寿命和使用周期，廉价高效，节能环保，具有显著的经济效益。本发明主要用于旧阴树脂的复苏。
Description
技术领域
本发明属于玉米深加工及糖浆精制技术领域，具体地说，尤其涉及一种淀粉糖用阴离子交换树脂复苏方法。
背景技术
淀粉糖指以淀粉为原料，衍生出的一系列糖浆的统称，是玉米深加工产业的重要一环。近年来，随着食品工业的发展和人们消费结构的变化，我国淀粉糖行业取得显著的发展，淀粉糖产量大幅增加，品种结构也日益完善，2021年我国淀粉糖产量达到1500万吨。
而离子交换是淀粉糖精制过程中最重要的步骤。现行工艺是淀粉糖液经过液化、糖化、脱色后分别通入阳离子交换树脂柱、阴离子交换树脂柱进行精制。糖液中含有的各种离子、色素、有机酸、蛋白质等杂质绝大部分通过离子交换去除，因此，离子交换步骤对于糖浆的精制至关重要。其中，除了阳离子外的各种阴离子、色素、有机酸、蛋白质等杂质均由阴离子交换树脂除去。
在生产中随着树脂使用周期的增多，树脂孔洞会发生堵塞，树脂交换容量和再生性能将大大下降。一般使用四年以上的阴树脂交换容量仅剩不到50%，冲洗用纯水量达到新树脂用量的两倍以上，大大降低了生产效率，增加了生产成本。如果继续使用旧树脂，会导致酸碱用量、去离子水用量、污水产生量剧增，从而不得不更换新树脂。而我国如此巨大的淀粉糖产量每年因为旧树脂产生的酸碱浪费及污水费用不可估量。另外，淀粉糖用阴树脂价格普遍在每吨2万元以上，其高昂的价格同样是企业难以承担之重。所以，现行的两难困境极其不利于整个行业的健康发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中针对淀粉糖用旧阴树脂交换容量小，再生冲洗困难，而更换新树脂费用高昂等问题，提供一种淀粉糖用阴离子交换树脂复苏方法，该方法将旧阴树脂中造成其堵塞的绝大部分物质清除，延长了旧阴树脂的使用寿命和使用周期，廉价高效，节能环保，具有显著的经济效益。
所述的淀粉糖用阴离子交换树脂复苏方法，包括以下步骤，
S1、将待复苏旧阴树脂置于树脂柱中，通过自来水进行反洗，去除破碎的树脂，得到完整树脂；
S2、采用NaOH溶液对S1得到的树脂进行再生，再生完成后，在NaOH溶液中浸泡一段时间，用去离子水将树脂冲洗干净；
S3、采用HCl溶液对S2得到的树脂进行转型，将树脂由OH型转为Cl型，转型完成后，在HCl溶液中浸泡一段时间，用去离子水将树脂冲洗干净；
S4、将S3得到的树脂加入去离子水和酸性蛋白酶后，移入超声波提取仪进行超声处理；
S5、超声处理后的树脂装入树脂柱，先用去离子水进行一次冲洗，再用碱盐水进行彻底冲洗，碱盐水彻底冲洗后，再次用去离子水进行二次冲洗；
S6、将S5得到的树脂通过HCl溶液进行转型，转型完成后，在HCl溶液中浸泡一段时间，用去离子水将树脂冲洗干净；
S7、将S6得到的树脂中加入去离子水和表面活性剂，再次移入超声波提取仪进行超声处理；
S8、重复S5的操作；
S9、采用NaOH溶液对S8得到的树脂进行再生，再生完成后，在NaOH溶液中浸泡一段时间，用去离子水将树脂冲洗干净，得到复苏后的树脂。
优选地，所述S1中，自来水的水流量以完整树脂不被漂出为标准。
优选地，所述S2、S9中，NaOH溶液的质量浓度为2～5%， NaOH溶液的流速为1.5～2.5bv/h，NaOH溶液用量为3.5～4.5bv，去离子水冲洗至洗出液ph值为6～8。
优选地，所述S3中，HCl溶液的质量浓度为2～5%，HCl溶液的流速为1.5～2.5bv/h，HCl溶液用量为3.5～4.5bv，去离子水冲洗至洗出液ph值为2.5～3.5。
优选地，所述S4中，树脂与去离子水的比例为1:1～3，酸性蛋白酶添加量为树脂重量的0.01～1%。
优选地，所述S4中，超声波提取仪的温度为35～50℃，超声处理时间为0.5～2h，超声波提取仪的功率P，P=（100～300）*K，其中，K为树脂的重量，单位为Kg。
优选地，所述S5、S8中，碱盐水为水溶液中含有质量分数为8%的NaCl和质量分数为2%的NaOH，碱盐水的流速1.5～2.5bv/h，碱盐水的用量3.5～4.5bv，去离子水一次冲洗至洗出液的pH值为5.0～5.5，去离子水二次冲洗至洗出液的pH值为8以下。
优选地，所述S6中，HCl溶液的质量浓度为2～5%，HCl溶液的流速为1.5～2.5bv/h，HCl溶液用量为3.5～4.5bv，去离子水冲洗至洗出液ph值为5～7。
优选地，所述S7中，树脂和去离子水的比例为1:1～3，表面活性剂添加量为树脂重量的0.01～2%，温度35～50℃，超声处理时间为0.5～1h，超声波提取仪的功率P，P=（100～300）*K，其中，K为树脂的重量，单位为Kg。
优选地，所述S2、S3、S6、S9中，浸泡一段时间为1～2h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明对旧树脂进行改造，将旧树脂内部的大分子蛋白和菌体进行酶解，并将旧树脂内部的脂溶性成分溶出，从而显著延长树脂的使用寿命，减少更换新树脂频率，极大降低树脂费用；
2、本发明将旧树脂复苏后，大大提高了旧树脂交换的容量，显著延长树脂使用周期，减少树脂再生次数，提高了产品质量；
3、本发明方法使复苏后的旧树脂大大减少了冲洗用去离子水的用量和冲洗时间，同时减少了废水产生量。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例1：
一种淀粉糖用阴离子交换树脂复苏方法，包括以下步骤，
S1、将待复苏旧阴树脂置于树脂柱中，通过自来水进行反洗，以自来水的水流去除破碎的树脂，自来水的水流量以完整树脂不被漂出为标准，从而得到完整树脂；破碎的树脂不具有使用价值，通过反洗将其去除，只留下具有复苏价值的完整树脂。
S2、采用质量浓度为4%的NaOH溶液对S1得到的树脂进行再生，NaOH溶液的流速为2v/h，NaOH溶液用量为4bv，再生完成后，树脂在NaOH溶液中浸泡1.5h后，用去离子水将树脂冲洗至洗出液ph值为7.0为止，此时，树脂为OH型。
S3、采用质量浓度为4%的HCl溶液对S2得到的树脂进行转型，HCl溶液的流速为2bv/h，HCl溶液用量为4bv，在此过程中将树脂由OH型转为Cl型，转型完成后，树脂在HCl溶液中浸泡1.5h后，用去离子水将树脂冲洗至洗出液ph值为3为止；树脂在转型过程中，其内部孔隙会逐渐扩大。
S4、将S3得到的树脂加入去离子水和酸性蛋白酶，树脂与去离子水的比例为1:2，酸性蛋白酶添加量为树脂重量的0.5%，将其一并移入超声波提取仪进行超声处理1h，其中，酸性蛋白酶为现有技术，市面有售，超声波提取仪的温度为40℃，超声波提取仪的功率P=200*K，其中，K为树脂的重量，单位为Kg；在此过程中，酸性蛋白酶进入孔隙扩大的树脂内部，将大分子蛋白和菌体进行酶解，超声震荡可促进酸性蛋白酶的酶解，并促使酶解后的物质与树脂分离。
S5、将超声处理后的树脂装入树脂柱，先用去离子水进行一次冲洗，冲洗至洗出液的pH值为5，再用碱盐水进行彻底冲洗，彻底冲洗时碱盐水的流速为2bv/h，碱盐水的用量为4bv，碱盐水彻底冲洗后，再次用去离子水进行二次冲洗，冲洗至洗出液的pH值为7.5；碱盐水通过在纯水中添加质量分数为8%的NaCl和质量分数为2%的NaOH，并搅拌溶解而成。
在碱盐水彻底冲洗冲洗过程中，树脂不断的进行Cl型和OH型循环转换，OH型树脂孔隙小，Cl型树脂孔隙大，在循环转换时，树脂孔隙会不停地循环收缩、扩大，从而产生吞吐效应，并通过碱盐水冲洗将树脂内可溶性物质吐出，彻底冲洗完后，树脂为OH型。
S6、将S5得到的树脂通过质量浓度为4%的HCl溶液进行转型，HCl溶液的流速为2bv/h，HCl溶液用量为4bv，通过转型使树脂由OH型转为Cl型，转型完成后，在HCl溶液中浸泡1.5h后，用去离子水将树脂冲洗至洗出液ph值为6.5；这个过程使树脂孔隙再次扩大。
S7、将S6得到的树脂中加入去离子水和表面活性剂，树脂和去离子水的比例1:2，表面活性剂优选非离子表面活性剂，本实施例中表面活性剂优选异丙醇酰胺C13，其添加量为树脂重量的1.2%，将其一并移入超声波提取仪中，进行超声处理40min，超声波提取仪的温度控制在40℃，功率P=300*K，其中，K为树脂的重量，单位为Kg。
在此过程中，表面活性剂进入孔隙扩大的树脂内部，将树脂内的脂溶性成分溶出，超声震荡用于促进表面活性剂进入树脂内部，并促使其溶解的脂溶性成分与树脂分离。
S8、重复S5的操作；通过树脂孔隙会不停地循环收缩、扩大，产生吞吐效应，将树脂内的脂溶性成分冲洗干净，彻底冲洗完后，树脂为OH型。
S9、采用质量浓度为4%的NaOH溶液对S8得到的树脂进行再生，NaOH溶液的流速为2bv/h，用量为4bv，再生完成后，在NaOH溶液中浸泡1.5h后，用去离子水将树脂冲洗至洗出液ph值为7.0，从而得到复苏后的阴树脂，即可投入使用。
实施例2：
一种淀粉糖用阴离子交换树脂复苏方法，包括以下步骤，
S1、将待复苏旧阴树脂置于树脂柱中，通过自来水进行反洗去除破碎的树脂，自来水的水流量以完整树脂不被漂出为标准，从而得到完整树脂；
S2、采用质量浓度为2%的NaOH溶液对S1得到的树脂进行再生，NaOH溶液的流速为1.5v/h，NaOH溶液用量为3.5bv，再生完成后，树脂在NaOH溶液中浸泡1h后，用去离子水将树脂冲洗至洗出液ph值为6为止，此时，树脂为OH型。
S3、采用质量浓度为2%的HCl溶液对S2得到的树脂进行转型，HCl溶液的流速为1.5bv/h，HCl溶液用量为3.5bv，在此过程中将树脂由OH型转为Cl型，转型完成后，树脂在HCl溶液中浸泡1h后，用去离子水将树脂冲洗至洗出液ph值为3.5为止。
S4、将S3得到的树脂加入去离子水和酸性蛋白酶，树脂与去离子水的比例为1:1，酸性蛋白酶添加量为树脂重量的0.01%，将其一并移入超声波提取仪进行超声处理2h，超声波提取仪的温度为35℃，超声波提取仪的功率P=100*K，其中，K为树脂的重量，单位为Kg。
S5、将超声处理后的树脂装入树脂柱，先用去离子水进行一次冲洗，冲洗至洗出液的pH值为5，再用碱盐水进行彻底冲洗，彻底冲洗时碱盐水的流速为1.5bv/h，碱盐水的用量为3.5bv，碱盐水彻底冲洗后，再次用去离子水进行二次冲洗，冲洗至洗出液的pH值为8。
S6、将S5得到的树脂通过质量浓度为2%的HCl溶液进行转型，HCl溶液的流速为1.5bv/h，HCl溶液用量为3.5bv，通过转型使树脂由OH型转为Cl型，转型完成后，在HCl溶液中浸泡1h后，用去离子水将树脂冲洗至洗出液ph值为7；这个过程使树脂孔隙再次扩大。
S7、将S6得到的树脂中加入去离子水和表面活性剂，树脂和去离子水的比例1:1，表面活性剂优选非离子表面活性剂，其添加量为树脂重量的1.2%，将其一并移入超声波提取仪中，进行超声处理1h，超声波提取仪的温度控制在35℃，功率P=100*K，其中，K为树脂的重量，单位为Kg。
S8、重复S5的操作；通过树脂孔隙会不停地循环收缩、扩大，产生吞吐效应，将树脂内的脂溶性成分冲洗干净，彻底冲洗完后，树脂为OH型。
S9、采用质量浓度为2%的NaOH溶液对S8得到的树脂进行再生，NaOH溶液的流速为1.5bv/h，用量为3.5bv，再生完成后，在NaOH溶液中浸泡1h后，用去离子水将树脂冲洗至洗出液ph值为6.0，从而得到复苏后的阴树脂，即可投入使用。其他与实施例1相同。
实施例3：
一种淀粉糖用阴离子交换树脂复苏方法，包括以下步骤，
S1、将待复苏旧阴树脂置于树脂柱中，通过自来水进行反洗去除破碎的树脂，自来水的水流量以完整树脂不被漂出为标准，从而得到完整树脂；
S2、采用质量浓度为5%的NaOH溶液对S1得到的树脂进行再生，NaOH溶液的流速为2.5v/h，NaOH溶液用量为4.5bv，再生完成后，树脂在NaOH溶液中浸泡2h后，用去离子水将树脂冲洗至洗出液ph值为8为止，此时，树脂为OH型。
S3、采用质量浓度为5%的HCl溶液对S2得到的树脂进行转型，HCl溶液的流速为2.5bv/h，HCl溶液用量为4.5bv，在此过程中将树脂由OH型转为Cl型，转型完成后，树脂在HCl溶液中浸泡2h后，用去离子水将树脂冲洗至洗出液ph值为2.5为止。
S4、将S3得到的树脂加入去离子水和酸性蛋白酶，树脂与去离子水的比例为1:3，酸性蛋白酶添加量为树脂重量的1%，将其一并移入超声波提取仪进行超声处理0.5h，超声波提取仪的温度为50℃，超声波提取仪的功率P=300*K，其中，K为树脂的重量，单位为Kg。
S5、将超声处理后的树脂装入树脂柱，先用去离子水进行一次冲洗，冲洗至洗出液的pH值为5.5，再用碱盐水进行彻底冲洗，彻底冲洗时碱盐水的流速为2.5bv/h，碱盐水的用量为4.5bv，碱盐水彻底冲洗后，再次用去离子水进行二次冲洗，冲洗至洗出液的pH值为7。
S6、将S5得到的树脂通过质量浓度为5%的HCl溶液进行转型，HCl溶液的流速为2.5bv/h，HCl溶液用量为4.5bv，通过转型使树脂由OH型转为Cl型，转型完成后，在HCl溶液中浸泡2h后，用去离子水将树脂冲洗至洗出液ph值为5；这个过程使树脂孔隙再次扩大。
S7、将S6得到的树脂中加入去离子水和表面活性剂，树脂和去离子水的比例1:3，表面活性剂优选非离子表面活性剂，其添加量为树脂重量的2%，将其一并移入超声波提取仪中，进行超声处理0.5h，超声波提取仪的温度控制在50℃，功率P=300*K，其中，K为树脂的重量，单位为Kg。
S8、重复S5的操作；通过树脂孔隙会不停地循环收缩、扩大，产生吞吐效应，将树脂内的脂溶性成分冲洗干净，彻底冲洗完后，树脂为OH型。
S9、采用质量浓度为5%的NaOH溶液对S8得到的树脂进行再生，NaOH溶液的流速为2.5bv/h，用量为4.5bv，再生完成后，在NaOH溶液中浸泡2h后，用去离子水将树脂冲洗至洗出液ph值为8，从而得到复苏后的阴树脂，即可投入使用。其他与实施例1相同。
本发明的原理如下：通过分析，得出造成旧树脂交换容量小的根源是树脂空隙阻塞，而大分子蛋白和菌体是造成树脂堵塞的根源。本发明方法通过将树脂转型为Cl型以扩大树脂孔隙，并通过酸性蛋白酶进入树脂内部将大分子蛋白和菌体进行酶解，辅以超声震荡促进酶解和物质进出树脂。待酶解完成后以碱盐水进行彻底清洗，使树脂不停进行Cl型和OH型循环转换，树脂孔隙不停循环收缩、扩大，产生吞吐效应，从而将树脂内可溶性物质吐出，再以表面活性剂将脂溶性成分溶出，从而将造成树脂堵塞的绝大部分物质清除，实现旧阴树脂的复苏。
Claims (8)
1.一种淀粉糖用阴离子交换树脂复苏方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1、将待复苏旧阴树脂置于树脂柱中，通过自来水进行反洗，去除破碎的树脂，得到完整树脂；
S2、采用NaOH溶液对S1得到的树脂进行再生，再生完成后，在NaOH溶液中浸泡一段时间，用去离子水将树脂冲洗干净；
S3、采用HCl溶液对S2得到的树脂进行转型，将树脂由OH型转为Cl型，转型完成后，在HCl溶液中浸泡一段时间，用去离子水将树脂冲洗干净；
S4、将S3得到的树脂加入去离子水和酸性蛋白酶后，移入超声波提取仪进行超声处理；超声波提取仪的温度为35～50℃，超声处理时间为0.5～2h，超声波提取仪的功率P，P=（100～300）*K，其中，K为树脂的重量，单位为Kg；
S5、超声处理后的树脂装入树脂柱，先用去离子水进行一次冲洗，再用碱盐水进行彻底冲洗，碱盐水彻底冲洗后，再次用去离子水进行二次冲洗；
S6、将S5得到的树脂通过HCl溶液进行转型，转型完成后，在HCl溶液中浸泡一段时间，用去离子水将树脂冲洗干净；
S7、将S6得到的树脂中加入去离子水和表面活性剂，再次移入超声波提取仪进行超声处理；树脂和去离子水的比例为1:1～3，表面活性剂添加量为树脂重量的0.01～2%，温度35～50℃，超声处理时间为0.5～1h，超声波提取仪的功率P，P=（100～300）*K，其中，K为树脂的重量，单位为Kg；
S8、重复S5的操作；
S9、采用NaOH溶液对S8得到的树脂进行再生，再生完成后，在NaOH溶液中浸泡一段时间，用去离子水将树脂冲洗干净，得到复苏后的树脂。
2.根据权利要求1所述的淀粉糖用阴离子交换树脂复苏方法，其特征在于：所述S1中，自来水的水流量以完整树脂不被漂出为标准。
3.根据权利要求1所述的淀粉糖用阴离子交换树脂复苏方法，其特征在于：所述S2、S9中，NaOH溶液的质量浓度为2～5%， NaOH溶液的流速为1.5～2.5bv/h，NaOH溶液用量为3.5～4.5bv，去离子水冲洗至洗出液pH值为6～8。
4.根据权利要求1所述的淀粉糖用阴离子交换树脂复苏方法，其特征在于：所述S3中，HCl溶液的质量浓度为2～5%，HCl溶液的流速为1.5～2.5bv/h，HCl溶液用量为3.5～4.5bv，去离子水冲洗至洗出液pH值为2.5～3.5。
5.根据权利要求1所述的淀粉糖用阴离子交换树脂复苏方法，其特征在于：所述S4中，树脂与去离子水的比例为1:1～3，酸性蛋白酶添加量为树脂重量的0.01～1%。
6.根据权利要求1所述的淀粉糖用阴离子交换树脂复苏方法，其特征在于：所述S5、S8中，碱盐水为水溶液中含有质量分数为8%的NaCl和质量分数为2%的NaOH，碱盐水的流速1.5～2.5bv/h，碱盐水的用量3.5～4.5bv，去离子水一次冲洗至洗出液的pH值为5.0～5.5，去离子水二次冲洗至洗出液的pH值为8以下。
7.根据权利要求1所述的淀粉糖用阴离子交换树脂复苏方法，其特征在于：所述S6中，HCl溶液的质量浓度为2～5%，HCl溶液的流速为1.5～2.5bv/h，HCl溶液用量为3.5～4.5bv，去离子水冲洗至洗出液pH值为5～7。
8.根据权利要求1所述的淀粉糖用阴离子交换树脂复苏方法，其特征在于：所述S2、S3、S6、S9中，浸泡一段时间为1～2h。
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