TW202000923A - 用於移除粒子、離子及生物材料及於糖純化方法中脫色之過濾介質及其用途 - Google Patents

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Abstract

一種用於實施糖純化方法之過濾介質，其可維持及強化脫色及水力性質且同時顯著增加吸收材料。該過濾介質帶有吸收材料、具有小粒子吸收材料容許的指定性質且不妨礙介質的水力性質之纖維、及電解質。該吸收材料為無機、吸附、或離子交換介質，或金屬-有機架構。在糖純化方法中採用此過濾介質，則在精煉期間無需淨化步驟而對液流提供強化的脫色及水力性質。

Description

用於移除粒子、離子及生物材料及於糖純化方法中脫色之過濾介質及其用途
本發明關於對工業極為重要的從水/水溶液移除污染物，尤其是攸關品質及人體健康方面。欲移除的污染物可按許多種方式分類，例如重金屬、持久性有機污染體等。更特定而言，本發明關於從糖溶液移除此污染物。移除這些污染物對於定性目的亦為必要的，例如口味及糖色。
糖廠使用多步驟方法將粗糖轉化成不同的產物。大部分糖廠在其主要脫色操作之前使用化學淨化方法(即「磷酸鹽處理」或「碳酸鹽處理」)。這些化學淨化方法之目的為移除會負面影響再生性脫色系統、及結晶方法的品質與產率之膠態及半溶性雜質。這些化學淨化方法均減少植物色素，如有色體，亦促成焦糖及鹼降解產物有色體之產生。應用碳系吸附劑及/或離子交換樹脂後淨化(糖被溶解成為糖漿/液體形式)有效地在結晶之前減少這些有色體。這些吸附劑/樹脂一般以塊形式使用，糖漿/液糖經其傳送而被泵入壓濾機中。
1994年9月13日頒發之美國專利第5,346,624號，發明名稱“METHOD AND APPARATUS FOR TREATMENT OF AQUEOUS SOLUTIONS”，教示一種從液體移除離子性及懸浮粒狀雜質之方法，其中將液體導引通過具有離子交換纖維、離子交換樹脂粒子、與惰性纖維的混合物之過濾介質床。將該惰性纖維以聚電解質處理而產生凝集現象。
離子交換樹脂粒子包括陰離子交換樹脂粒子、陽離子交換樹脂粒子、或其混合物。過濾介質中的離子交換纖維量在一具體實施例中為20%至80%之級數，及在第二具體實施例中為5%至30%之級數。離子交換樹脂粒子量為約1%至90%之級數。離子交換粒子及惰性纖維對過濾介質床性能均為必要的。
任何吸附劑的吸附產能及性質通常僅由吸附劑的自由可用表面積決定。一般而言，表面積越大則可用產能越大且反應速率越快。對於用於水處理之材料，先行技藝證明粒度越小則產能越大，因為越多表面積可用於反應/吸附。然而在水處理及糖純化工業中，粒度亦促進系統的物理性質。鑑於許多因素(包括流速)，粒度越小則造成固態顆粒填充越緊密，用於流通系統之粒子越小則造成壓力差越大。由於液糖持續被泵入壓濾機中使污染物在塊中累積，用於減少有色體之濾塊造成壓力下降隨時間經過而增加。在某些情形，利用離子交換樹脂、活性碳、及其他過濾介質組分之先行技藝濾床必須具有較深的床(更多介質)以完成所需的除色。此外，壓力累積會導致濾塊必須在該塊失去其化學過濾能力之前被更換。另外，壓力差大會降低流速且損害系統容納性。因此希望在保持或降低系統壓力同時將粒子表面積最大化。以此方式，介質可具有較高產能且在該方法中持續較長久(物理上)。
在較高流速期間可有較大的產能且用途較佳之結構較開放吸收劑會降低壓力及可得最適的化學物/顆粒吸收(最適化)。因此，為了提升效率及減少廢料，必須提高每份吸收劑移除的污染物量(產能)。
鑑於先行技藝的問題及缺點，因此本發明之一目的為提供一種節省成本之過濾介質，其具有僅需要較少的過濾助劑但產能增加之吸收劑，而強化過濾介質的水力性能且同時有效降低床深度。
本發明之另一目的為提供一種流速及脫色產能改良之吸收劑。
本發明之一進一步目的為提供一種具有過濾壽命長的吸收劑之過濾介質，其在液糖被泵經時產生最小到無壓降。
本發明之另一目的為提供一種吸收劑，其具有最小可能粒度，因此無廣泛的壓力累積(水力性質)而維持適合處理方法之適當流速，且同時增加其產能、動力率。
本發明之又一目的為提供一種將糖純化及脫色之方法，其因使用水力性質強化的過濾介質而省略淨化方法步驟。
本發明之其他目的及優點部分為顯見的及部分由說明書而明顯。
10‧‧‧引入本發明之組成物
10a‧‧‧在洗糖12及熔化14之後
10b‧‧‧在淨化階段16期間
10c‧‧‧在過濾階段18之前
10d‧‧‧在經由本發明過濾介質脫色期間
10e‧‧‧在經由粉末活性碳脫色期間
10f‧‧‧在經由離子交換樹脂脫色期間
10g‧‧‧在經由粒狀活性碳脫色期間
10h‧‧‧在脫色階段之後及在結晶之前
10i‧‧‧在最終脫色步驟期間
12‧‧‧洗糖
14‧‧‧熔化
16‧‧‧淨化階段
18‧‧‧過濾階段
20‧‧‧結晶
22‧‧‧(再)熔化
24‧‧‧本發明之脫色
30‧‧‧第一混合槽
32‧‧‧浮渣淨化器
34‧‧‧浮渣混合槽
36‧‧‧充氣泵
38‧‧‧糖水轉移槽
40‧‧‧本發明之過濾介質
42‧‧‧競爭材料
44‧‧‧具有特定特徵參數之纖維之過濾介質
46‧‧‧具有標準纖維素之過濾介質
48‧‧‧無過濾助劑之過濾介質
50‧‧‧本發明之過濾介質
52‧‧‧先行技藝之競爭過濾介質
60‧‧‧1.5%纖維之過濾介質
62‧‧‧0.3%纖維之過濾介質
64‧‧‧0.6%纖維之過濾介質
66‧‧‧1%纖維之過濾介質
68‧‧‧競爭過濾介質
70‧‧‧纖維摻合物之過濾介質
72‧‧‧添加順序為吸收劑A、水、專用纖維、吸收劑B、電解質之過濾介質
74‧‧‧添加順序為專用纖維、吸收劑A、吸收劑B、電解質、水之過濾介質
76‧‧‧添加順序為專用纖維、電解質、吸收劑B、吸收劑A、水之過濾介質
78‧‧‧添加順序為專用纖維、吸收劑B、吸收劑A、電解質、水之過濾介質
80‧‧‧添加順序為吸收劑A、專用纖維、吸收劑B、電解質、水之過濾介質
90‧‧‧PFOA
92‧‧‧PFOS
本發明之特點據信為新穎的，且將本發明的特徵特在所附的申請專利範圍中特定地敘述。圖式僅為了例證目的且未按比例繪製。然而，本發明本身的組織及操作方法均可參考詳細說明結合附圖而最佳地了解，其中： 第1圖描繪典型糖純化方法之方塊圖，其顯示將本發明過濾介質引入方法中之可能引入點；第2圖描繪一種方法流程，其繪出3個各在混合後使用的用於浮渣浮選之淨化器；第3圖描繪以本發明過濾介質針對在先行技藝方法發現的競爭材料之除色比較結果概要；第4圖描繪本發明過濾介質之3種不同變體的過濾效率特徵，其係藉由測量流速(每分鐘毫升數)相對壓力(每平方吋磅數)而測試效率；第5圖以另一種表現方式描繪本發明之過濾介質，其除色百分比(及產能)在不同的劑量比率表現均比先行技藝之競爭過濾介質高；第6圖描繪纖維濃度不同，壓力(psi)如流速(毫升/分鐘)的函數之圖表；第7圖描繪過濾介質組成物之添加次序不同，壓力(psi)如流速(毫升/分鐘)的函數之圖表；第8圖描繪不同的吸收劑移除嘉磷塞(一種除草劑)之百分比之圖表；第9圖描繪不同的吸收材料移除全氟烷基物質及多氟烷基物質之圖表。
在揭述本發明之具體實施例時參考圖式之第1-9圖，其中相同的號碼係指本發明相同的特徵。
本發明教示一種用於實施糖純化方法之過濾介質，其相較於先行技藝過濾介質，維持及事實上強化脫色及水力性質 且同時顯著增加吸收材料。在糖純化方法中採用此過濾介質亦在純化期間可無需或為必要的淨化步驟。
在一具體實施例中，本發明過濾介質之吸收劑包含木材-、煤-或椰子-活性碳的混合物、離子交換樹脂，且可包括無機吸收介質，使得當組合指定性質之纖維時可有效用於糖廠以除色，如離子、有色體、聚葡萄糖等。其可使用矽藻土預塗層塗覆壓濾機。一旦載有矽藻土，則可將過濾介質製成漿液及分配到含水、或水與溶解糖之流中。本發明基於溶液之ICUMSA顏色及布里(糖)量(Brix content)而分配到水中。當得到特定濾床深度時，使含有色體及其他污染物之糖溶液通過預塗層及過濾介質/壓濾機。生成的系統溶析液顯示含有減量的污染物，如生成顏色所示。
在另一具體實施例中，本發明之過濾介質包含吸收材料(活性碳、離子交換樹脂、吸附介質)、電解質、及纖維，係特別設計用於在糖廠除色。添加的吸附介質係設計用於移除離子-重金屬，如Pb、Hg、與Cd；含氧陰離子，如砷酸基、亞砷酸基、硒酸基、亞硒酸基；及/或灰分，如鈣、鎂、或碳酸鹽。
在一進一步具體實施例中，本發明之吸收劑被用於減少有機污染體，如嘉磷塞、聚葡萄糖、及持久性有機污染體(“POPs”)。
在另一進一步具體實施例中，將本發明之過濾介質用於糖純化方法會將生成產物之水分含量降低到低於10重量百分比之水。另外，當在醫藥成分中採用時，本發明之過濾介質具有移除及回收貴金屬(如銠、鉑等)的能力。
在又另一具體實施例中，將本發明之過濾介質及/或吸收劑用於氣體流經其之床，經由實施此具體實施例可捕捉特定污染物，如二原子碘(I2)。
在另一具體實施例中，將用於過濾介質之纖維以溶液或固體進行前處理，藉此將該纖維以化學官能基、結晶材料或化合物、或吸收劑(結晶或非晶)進行官能化。纖維官能化使纖維產生移除污染物的獨特性質，例如使用添加TiO2之前處理捕捉砷，或者可使用纖維之陰離子性官能化移除陽離子。
在所屬技術領域中，粒度分布可使用球徑測量，當按上升質量基準排列粒子時，將質量樣品按指定重量百分比劃分-亦已知為D-值。例如D10為30微米等於10%之樣品質量的粒子之直徑小於30微米。D50等於50%之此值，及D90等於90%。
在本發明之一具體實施例中，該離子交換樹脂之D-值為D50在5-100微米之範圍。在一具體實施例中，碳之D50在0-50微米之範圍。
吸收劑具體實施例中的碳粒較佳為孔體積範圍在1.0-2.5cc/克，及表面積範圍在1,300-2,500平方米/克。在本發明之吸收劑具體實施例中，大部分的專用纖維之直徑在200-1500微米之範圍，長度在0.5-1000微米之間，加拿大游離度標準(Canadian Standard of Freeness“CSF”)在0-100之間(其測量經稀釋漿體懸浮液之排水速率；數字越大則排水越快)，及表面積在0-200平方米/克之間。
由組成物觀點，較佳過濾介質在至少一具體實施例中可為實質上由本發明混合物所構成之墊或「塊」。舉例而言，混合物之組成百分比範圍包括(重量百分比)：a)具有組成物可包 括碳，無機、吸附、離子交換介質，及/或金屬-有機架構之吸收介質，且較佳為包含25-50重量百分比；b)0.01-10重量百分比之纖維；及c)0.01-1重量百分比之電解質。
吸收劑混合物之組成百分比範圍(重量百分比)可包括碳，無機、吸附、離子交換介質，及/或金屬-有機架構，及可包含0.001-99重量百分比之碳；0.001-99.9重量百分比之離子交換樹脂；及0.001-99.9重量百分比之無機吸收介質。
本發明之組成物為多用的，因為其可在涉及液態/糖漿糖之純化方法中任意處引入，如第1圖之箭頭10所示。第1圖描繪典型糖純化方法之方塊圖，其顯示將本發明過濾介質引入方法中之可能引入點。引入本發明之過濾介質可在糖純化方法中3個階段內的特定處有效實行。例如過濾介質可在結晶及熔化之後用於預塗層或批次方法中以進一步脫色，而得到顏色非常淺的液糖，如過濾階段1所示。過濾介質亦可在過濾階段2期間使用，以將糖在結晶之前脫色。該過濾介質亦可在碳酸鹽處理或磷酸鹽處理淨化階段之前、期間、或之後採用。
處理液劑(液糖)的最初階段之一目標為移除使液劑混濁之固體。在此階段，亦移除一些顏色。
通常在糖廠有2種常用的除色方法，其均倚賴將液劑泵經介質管柱的吸收技術。糖廠之一開放選項為使用粒狀活性碳(GAC)，其移除大部分顏色而幾無其他。碳係在熱窯中再生，在此將顏色從碳燒除。另一選項為使用離子交換樹脂，其移除比GAC少的顏色，但亦移除一些存在的無機物。樹脂係經化學再生，其產生大量令人不悅的液態溶析液。這些選項對除色效率、流速限制、及過濾效率有其限制。
2種在糖純化方法中常用的處理技術之一已知為碳酸鹽處理，其中有小叢的白堊在果汁中生長。形成的叢聚集大量非糖分，使得藉由濾出白堊亦取出該非糖分。另一技術磷酸鹽處理在化學上類似，但是形成磷酸鹽而非碳酸鹽而得到類似結果。實施任一技術均通稱為「淨化」。
通常磷酸鹽處理方法需要比碳酸鹽處理低的成本投資及低的維護成本；然而由於化學物消耗大，磷酸鹽處理之操作成本顯著較高。另外，磷酸鹽處理方法稍易擾亂該方法而可導致化學物用量非常高的時間段，及淨化液劑品質不良。磷酸鹽處理方法產生比碳酸鹽處理少的廢物，但是必須處理源自淨化器之浮渣以使方法損失最小。如此浮渣「脫甜」包括第二淨化，其通常有3個逆流階段，其中可使用3個小淨化器進行浮選。第2圖描繪一種方法流程，其敘述3個各在混合後使用之用於浮渣浮選之淨化器。將從淨化器移除的浮渣稀釋成糖量為約20°，藉由應用聚電解質而再度淨化，及在3個脫甜階段之後其糖含量低到可被丟棄。
在第2圖中，將來自浮渣主淨化器之浮渣導引至第一混合槽30，其輸出以串聯方式被輸送到與連續的浮渣混合槽34一起使用之連續3個浮渣淨化器32。各浮渣淨化器32均以充氣泵36充氣。將各浮渣淨化器32之輸出保持在糖水轉移槽38中。
在第1圖的方法階段之後，本發明之過濾介質，較佳為粉末溶液之形式，可在主要洗糖12及熔化14之後被直接引入至液糖中(10a)。在洗糖方法中，將粗糖首先混合濃糖漿以洗除粗糖結晶之外塗層，其比結晶內部不純。
或者或另外，可將過濾介質在淨化階段16期間引入(10b)，或恰在淨化階段之後(10c)及在過濾階段18之前引入。在淨化階段16中，將糖藉由添加磷酸及氫氧化鈣(其結合以沈澱磷酸鈣)而淨化。磷酸鈣粒子捕獲一些雜質且吸收其他，然後浮到槽頂而在此被掃除。
在濾出任何殘餘固體之後，藉過濾將淨化糖漿脫色。該過濾介質可在經由本發明過濾介質脫色10d、10e(經由粉末活性碳脫色)、10f(經由離子交換樹脂脫色)、10g(經由粒狀活性碳脫色)期間的任何時間，或恰在脫色階段之後10h及在結晶20與(再)熔化階段22之前引入。如所示，在此引入過濾介質時，其可與粉末活性碳(PAC)、離子交換樹脂、及/或粒狀活性碳(GAC)併用。最後可在最終脫色步驟期間10i使用過濾介質，其可出現在預塗層或批料相。
在純化方法中的某時間點，粗糖被轉化成糖漿或液態形式。本發明之一具體實施例較佳為以包含在此所述的吸收劑混合物之粉末形式呈現，其由粉末活性碳(例如木材-、煤-、或椰子-碳)、離子交換樹脂、及纖維所組成。此粉末溶液被直接引入熔化液糖中，然後攪動預定量的時間。在攪動期間，本發明之粉末溶液已啟動液糖脫色製程。
該纖維較佳為在200-1500奈米之範圍，長度在0.5-1000微米，及表面積在0-200平方米/克之範圍。具有此特徵之纖維可與本發明吸收劑一起使用，而得到產能更大的吸收劑，其呈現優於先行技藝的纖維/吸收劑組合可實現之流動及壓力的水力性質。
在攪動之後，將生成漿液(包含液糖及本發明之粉末形式溶液)泵入壓濾機中。在此步驟期間，當本發明具體實施例之一之粉末溶液從液糖分離時，漿液被篩出(sifted)，且此粉末溶液在壓機中累積。當液糖繼續被泵經累積物時，此累積物進一步作為過濾器，而以最小(或甚至不存在)壓降來輔助糖漿/液糖脫色。以此方式，相較於先行技藝的過濾介質，使用更大的材料之物理/化學產能。
第3圖描繪以本發明過濾介質針對在先行技藝方法發現的競爭材料之除色比較結果概要。參考第3圖，選擇2種材料降低糖色。在各劑量程度，本發明之過濾介質40從糖除色的百分比均比競爭材料42更高。在較低劑量，本發明的產能比競爭材料更高。
藉由將性質為200-1500奈米之級數，長度在0.5-1000微米，及表面積在0-200平方米/克之範圍的纖維併入粉末溶液中，壓濾機中的攪動後累積物之總孔隙度減小。即使是此低孔隙度，當將液糖泵經壓濾機時，此累積物意外地造成極小到無壓降。添加此少量纖維可有利地增加吸收材料而不犧牲過濾介質所欲的水力性質。
第4圖描繪本發明過濾介質之3種不同變體的過濾效率特徵，其係藉由測量流速(每分鐘毫升數)相對壓力(每平方吋磅數)而測試效率。當將參數為200-1500奈米之範圍，長度在0.5-1000微米，及表面積在0-200平方米/克之範圍的纖維併入時，過濾介質的效率實質上較大。當利用包含具有上述特徵參數之纖維之過濾介質44時，流速實質大增。亦在具有標準纖維素46而非上述纖維之過濾介質中提出本發明之配方。此第二測試樣品之結果類似無過濾助劑48。
本發明過濾介質之意外結果為產能增加，所需纖維較少，及可利用更多吸收劑，尤其是粒度比先行技藝小之吸收劑，其整體造成與先行技藝相等的除色之過濾介質的量減小。此外如上所示，由於當液糖被持續泵入壓濾機中時污染物在該塊中累積，用於減少有色體之濾餅產生隨時間經過不斷增加之壓降。在某些情形，利用離子交換樹脂、活性碳、及其他過濾介質組分之先行技藝濾床必須具有較深的床(更多介質)以完成所需的除色。
此減小的床深度進一步造成有利的壓力差減小。本發明之低壓力差及高吸收劑產能使每單位使用的介質可處理更多溶液。競爭材料，如Powder Activated Carbon(PAC)，需要額外的過濾助劑以得到類似本發明的產能，但是添加此助劑造成壓力差增加，其實質上降低每單位介質處理的溶液量。
使用本發明過濾介質之另一個結果為該過濾介質產物用於從糖流移除無色污染物之用途。隨殺蟲劑發明，如嘉磷塞，製糖業者已可控制農作物熟成。然而，使用這些殺蟲劑造成糖含此化學物之微量殘餘物。同樣地，在土壤中天然產生的污染物，如砷，亦經由不同的代謝功能進入植物。這些重金屬污染物連同剩餘甘蔗被收成。在糖純化方法中可發現微量濃度之污染物。在本發明過濾介質之一具體實施例中，將指定吸附劑加入過濾介質而選擇性移除指定污染物。水安定金屬有機架構(MOFs)、無機吸附劑(二氧化鈦、氧化錳、氧化鐵、磷灰石)、無機架構吸附劑(K2Sn2MnS6、Na2TiO3)、沸石(菱沸石、斜髮沸石等)、及其他材料被設計用於移除污染物。對過濾介質材料添加這些吸附劑則對過濾介質附加新穎的功能性，其在先行技藝未曾實施過。
類似飲用水及廢水工業，改變成分質量比對使用這些產物之方法的功能為整體性的。例如由於指定區域之法規而可去除某些成分。液糖顏色依許多因素而定。蔗糖中的不同化合物帶來不同的顏色。因此，為了適應存在於液糖中的不同有色體，本發明之組成物通常具有大範圍的變化。例如被砷污染之糖需要一型吸收劑，而被殺蟲劑污染之不同糖需要該殺蟲劑專用之吸收劑。由於各批粗糖有不同的顏色，故使用本發明之方法可調整劑量(每升欲處理溶液之介質公斤數)。
如前所示，另一態樣為過濾介質調配物對污染物之產能仍高且同時具有高效流動回應(不產生高壓)。即過濾介質的水力性質被強化。對應吸收劑粒度減小的預期結果為產能增加及產生較緊密的過濾器填充。因此系統壓力增加且流速降低。然而，應用添加上述專用纖維之本發明過濾介質的意外結果為有纖維之流速比無纖維高。該纖維亦可充分支持較小的吸收材料(碳、樹脂、及離子交換介質)粒子且同時將調配物結構保持開放及可得到充分的流動。
因此，本發明之過濾介質提供一個或以上的以下優點：1)具有產能增加同時僅需使用較少過濾介質(纖維)之吸收劑之可節省成本的過濾介質，其有效降低床深度；2)流速及脫色產能改良之吸收劑；及3)過濾壽命延長之過濾介質，其在液糖被泵經其時產生最小到無壓降。
一例證為應用於經由磷酸鹽處理/浮選方法利用淨化之白糖廠，處理源自其自有糖廠之非常高等級原糖(VHP)。在磷酸鹽處理/浮選方法之後，得自淨化器之淨化液劑通過帶式過濾器而移除任何殘餘固體，然後藉由添加在此所述的多功能吸附劑 過濾介質而脫色得到精糖液，將排出液再循環，將其混合該精糖液(回煮)而製造第一級白糖，及產生色度小於40 IU之精糖。
另外，為了將被送到回收室的排出液體積最小化，及將糖廠回收最大化，亦在脫色方法之前，在所謂的「內煮」程序中將部分排出液混合淨化液。吸附劑的高吸附產能可從內煮製程中有效移除額外的顏色及混濁負擔時，同時供應高品質精糖液到糖廠盤底進行饋入結晶。
試驗結果比較有淨化的正常操作示於以下。
表I描述在有無淨化步驟之糖純化方法中採用本發明過濾介質的結果(品質測量)。
Figure 108119455-A0202-12-0013-1
應注意，雖然無淨化精糖液之平均濁度及色度較高，但精糖的顏色相同，且濁度幾乎相同。以此方式，當利用本發明之過濾介質時可省略糖純化方法的淨化階段。對於目前的精糖市場，顏色、濁度、灰分、及不溶物均在規格內。應了解，如果需要，則修改初次及第二次過濾器之預塗層及/或進料體可改良最終濁度及不溶物值。
如以下表II所示，粗糖濁度(將粗糖溶於去離子水而測量)與粗糖熔液(在糖廠操作中在工廠使用來自各種來源的糖水製造)之間的濁度增加，有淨化劑之操作遠大於無其之操作。其在試驗期間全程一致。其可歸因於一些濁度來自脫甜製程期間之淨化劑浮渣。
Figure 108119455-A0202-12-0014-2
僅基於使用的化學物(包括專用纖維形式的吸收劑及過濾助劑)，有無淨化之成本大約相同。如表III所證，免除淨化有1%之成本利益。然而考量一些額外的節省，即勞力節省及降低的維護成本，免除磷酸鹽處理可獲致總共7.4%的節省。額外的能量及耗水節省亦為有利的。
Figure 108119455-A0202-12-0014-3
因此，應用本發明之過濾介質可經由從糖純化方法免除淨化步驟而有效降低成本。
如表IV所述，由增加吸附劑及過濾介質之劑量所增加的固體，超過排除在淨化方法中產生的固體(磷酸、氫氧化鈣、凝聚劑、及顏色沈澱劑)所抵消的。當免除淨化時使用少量氫氧化鈉調整pH，且來自其之固體被包括在脫色方法固體中。
Figure 108119455-A0202-12-0015-4
若免除淨化，則需要額外的吸附劑及過濾助劑將濁度及顏色降低到近似有淨化的程度。一般顧慮為現有過濾產能保持處理熔液中較高的顏色及濁度程度所需的額外固體之充分性。意外的結果為發現相反。當如表V所述資訊所示免除淨化時，過濾循環顯著較長。
Figure 108119455-A0202-12-0015-5
磷酸鹽處理後殘留的濁度本質對吸附過濾方法有負面影響。在此例證中，過率循環壽命平均增加38%。
第5圖以另一種表現方式描繪本發明之過濾介質50，其除色百分比(及產能)在不同的劑量比率表現均比先行技藝之競爭過濾介質52高。最適化調配物可得到較高的產能及較佳的流動，使糖脫色較容易及較節省成本。除色百分比在30分鐘為20%以上之級數，且有效保持至少60分鐘。
在一例證性具體實施例中，本發明之吸收劑部分為32.7重量百分比之碳與5.5重量百分比之樹脂，纖維部分為0.4重量百分比，及聚電解質為0.2重量百分比。使用含鹼性質之材料(如氫氧化鈉)調整其餘調配物，使得pH為6-8。
在另一例證性具體實施例中，本發明之吸收劑部分為29.7重量百分比之碳與8.0重量百分比之樹脂，纖維部分為0.5重量百分比，及聚電解質為0.2重量百分比。使用含鹼性質之材料(如氫氧化鈉)調整其餘調配物，使得pH為6-8。
在又另一例證性具體實施例中，本發明之吸收劑部分為36.6重量百分比之碳、1.2重量百分比之樹脂、與1.45重量百分比之無機吸收劑。纖維為0.5重量百分比，及聚電解質為0.2重量百分比。該調配物之pH應在6至8之間。其餘調配物由水組成。如果pH為鹼性，則可使用酸(HCl、HNO3等)將pH調整到6-8之範圍內。
在另一例證性具體實施例中，本發明之吸收劑部分為36.6重量百分比之樹脂、1.2重量百分比之碳、與1.45重量百分比之無機吸收劑。纖維為0.5重量百分比，及聚電解質為0.2重量百分比。將pH調整到5-8之範圍。
進一步調查過濾介質的水力性質。首先考量流速如纖維濃度的函數。第6圖描繪纖維濃度不同，壓力(psi)如流速 (毫升/分鐘)的函數之圖表。將纖維濃度不同的過濾介質比較競爭材料68，其為KBEVN(15-25微米D50)。在流動測試中使用另一種粒度為15-25微米D50之吸收劑(碳)，其中如下改變纖維之乾重百分比：1.5%之纖維(過濾介質60)、0.3%之纖維(過濾介質62)、0.6%之纖維(過濾介質64)、1%之纖維(過濾介質66)、及纖維摻合物70。
將過多纖維加入過濾介質中在全部的壓力範圍均造成流速為0毫升/分鐘。將太少纖維(0.3乾重百分比)加入過濾介質中造成流速小於先行技藝之競爭過濾介質68。測試高於0.3%及低於2.0重量百分比證明較佳過濾介質組成物之流速增加。亦嚐試將特徵性質為纖維直徑在200-1500奈米，長度在0.500-1000微米，加拿大游離度標準測量在0-100，及表面積在0-200平方米/克之專用纖維的纖維摻合物70，結合先行技藝標準纖維。結果證實僅混合纖維不足以對此應用提供所欲的流通特徵。
第7圖描繪過濾介質組成物之添加次序不同，壓力(psi)如流速(毫升/分鐘)的函數之圖表。將2型吸收劑(A & B)、電解質、水、及專用纖維以各種次序加入或添加，以確認任何組合差異。最明顯為證明成分之添加次序重要。在較佳具體實施例之一中，吸收劑A為碳及吸收劑B為離子交換樹脂。當先將吸收劑A加入反應室，繼而為專用纖維及吸收劑B，最後為電解質時，流速被最適化。添加次序改變造成流速顯著降低。
將添加次序不同的過濾介質比較競爭材料68。測試以下的過濾介質添加次序：過濾介質72(吸收劑A、水、專用纖維、吸收劑B、電解質)；過濾介質74(專用纖維、吸收劑A、吸收劑B、電解質、水)； 過濾介質76(專用纖維、電解質、吸收劑B、吸收劑A、水)；過濾介質78(專用纖維、吸收劑B、吸收劑A、電解質、水)；及過濾介質80(吸收劑A、專用纖維、吸收劑B、電解質、水)。
較佳次序經證明為過濾介質80，其中首先添加吸收劑A(碳)，繼而為專用纖維(具有其中纖維直徑在200-1500奈米，長度在0.500-1000微米，加拿大游離度標準測量在0-100，及表面積在0-200平方米/克的性質)、吸收劑B(離子交換樹脂)、電解質、及水。
第8圖描繪不同的吸收劑組分從水流移除嘉磷塞的測試結果。過濾介質之最適化調配物可得到較高的產能及較佳的流速，有效進行糖脫色及較節省成本。測試各種介質移除調配物中的嘉磷塞。考量以不同的無機介質移除氧陰離子(其為無機氧化物之形式，如鈦、鐵、鋯、鋁、鑭等)。測試設計用於移除陽離子之無機介質。另外，欲測試的碳為各種形式，如煤、木材、褐煤、及基於椰子之碳。亦考量基於聚葡萄糖之有機介質，如離子交換樹脂有機介質。
第9圖描繪不同的吸收劑組分以12000毫升/克從水流移除過氟化烷基物質(PFAS)的測試結果。該碳化合物對PFAS(PFOA 90，在各組中以左方條表示；及PFOS 92，在各組中以右方條表示)呈現高產能，顯示只要過濾介質組成物含有高比例的碳或碳-無機混成物，則本發明過濾介質之調配物成功移除PFAS。
本發明教示一種用於實施糖純化方法之過濾介質，其相較於先行技藝過濾介質可維持及強化脫色及水力性質同時 顯著增加吸收材料。該過濾介質帶有吸收材料、及具有容許用於小粒子吸收材料的指定性質且不妨礙介質的水力性質之纖維。在糖純化方法中採用此過濾介質，則在純化期間可免除淨化步驟而提供強化的脫色。
雖然本發明已特別結合一個或以上的指定具體實施例而說明，但顯然基於以上說明，許多替代方案、修改、及變體對所屬技術領域者為明顯的。因此意圖所附的申請專利範圍包含任何在本發明之真正範圍及精神內的替代方案、修改、及變體。
10‧‧‧引入本發明之組成物
10a‧‧‧在洗糖12及熔化14之後
10b‧‧‧在淨化階段16期間
10c‧‧‧在過濾階段18之前
10d‧‧‧在經由本發明過濾介質脫色期間
10e‧‧‧在經由粉末活性碳脫色期間
10f‧‧‧在經由離子交換樹脂脫色期間
10g‧‧‧在經由粒狀活性碳脫色期間
10h‧‧‧在脫色階段之後及在結晶之前
10i‧‧‧在最終脫色步驟期間
12‧‧‧洗糖
14‧‧‧熔化
16‧‧‧淨化階段
18‧‧‧過濾階段
20‧‧‧結晶
22‧‧‧(再)熔化
24‧‧‧本發明之脫色

Claims (24)

  1. 一種過濾介質，係用以從液糖(liquid sugar)移除污染物並將該液糖脫色，該過濾介質包含：25-50重量百分比之吸收材料；組成範圍為0.01-10%之纖維；組成範圍為0.01-1%之電解質。
  2. 如請求項1之過濾介質，其中該吸收材料為無機、吸附、或離子交換介質，或金屬-有機架構。
  3. 如請求項1之過濾介質，其中該吸收材料包含D50粒度為0-50微米之碳。
  4. 如請求項3之過濾介質，其中該吸收材料的孔體積為1.0-2.5cc/克。
  5. 如請求項3之過濾介質，其中該吸收材料的表面積為1300-1500平方米/克。
  6. 如請求項2之過濾介質，其中該離子交換介質之D50為5-100微米。
  7. 如請求項1之過濾介質，其中纖維直徑在200-1500奈米，長度在0.500-1000微米，加拿大游離度標準(Canadian Standard of Freeness)測量在0-100，及表面積在0-200平方米/克。
  8. 如請求項1之過濾介質，其中該吸收材料包括：0.001-99重量百分比之碳；0.001-99.9重量百分比之離子交換樹脂；及0.001-99.9重量百分比之無機吸收介質。
  9. 如請求項1之過濾介質，其中：該吸收材料包含大約32.7重量百分比之碳、與大約5.5重量百分比之離子交換樹脂；該纖維之組成範圍為大約0.4重量百分比；及該電解質之組成範圍為大約0.2重量百分比。
  10. 如請求項9之過濾介質，其中最終pH為6-8之範圍。
  11. 如請求項1之過濾介質，其中該吸收材料包含大約29.7重量百分比之碳、與大約8.0重量百分比之離子交換樹脂；該纖維之組成範圍為大約0.5重量百分比；及該電解質之組成範圍為大約0.2重量百分比。
  12. 如請求項11之過濾介質，其中最終pH為6-8之範圍。
  13. 如請求項1之過濾介質，其中該吸收材料包含大約36.6重量百分比之碳、大約1.2重量百分比之離子交換樹脂、與大約1.45重量百分比之無機吸收劑；該纖維之組成範圍為大約0.5重量百分比；及該電解質之組成範圍為大約0.2重量百分比。
  14. 如請求項13之過濾介質，其中最終pH為6-8之範圍。
  15. 一種從液糖移除污染物並將該液糖脫色之方法，其包含：對糖純化製程提供過濾介質，該過濾介質包括：25-50重量百分比之吸收材料；組成範圍為0.1-10重量百分比之纖維；及 組成範圍為0-1重量百分比之電解質；提供粗糖；將該粗糖熔化成為液糖；將該液糖過濾；將該液糖脫色；將該液糖結晶成為結晶糖；將該結晶糖熔化；及將該熔化的結晶糖脫色；其中該過濾介質係在該方法中粗糖熔化之後及將液糖結晶之前的任何步驟中加入並隨該液糖攪動歷時一段設定時間。
  16. 如請求項15之方法，其包括將該液糖淨化(clarifying)。
  17. 如請求項15之方法，其中將該過濾介質在該方法中將結晶糖熔化的步驟之後加入並隨該液糖攪動歷時一段設定時間。
  18. 如請求項15之方法，其中在該方法中粗糖熔化之後及將液糖結晶之前的任何步驟中，以及再度在將結晶糖熔化的步驟之後，將該過濾介質加入並隨該液糖攪動歷時一段設定時間。
  19. 一種在糖純化製程中從水溶液移除污染物並將該水溶液脫色之方法，其包含：對該糖純化製程提供過濾介質，該過濾介質包括：25-50重量百分比之吸收材料；組成範圍為0.01-10%之纖維；組成範圍為0.01-1%之電解質；提供在該純化製程期間熔化成為液體形式之粗糖； 在液糖中提供該過濾介質；攪動該過濾介質與該液糖而製造漿液；及將該漿液泵入壓濾機(filter press)中；其中該過濾介質從該液糖過篩(sifted)且在該壓濾機內累積形成墊或塊，進一步在該液糖持續被泵入該壓濾機中時作為從該液糖移除污染物並該液糖脫色用之過濾器。
  20. 如請求項19之方法，其中在該純化製程期間將該過濾介質直接引入該液糖中，使得該過濾介質在攪動期間立即開始將該液糖脫色。
  21. 一種在糖純化製程中從水溶液移除污染物並將該水溶液脫色之方法，其包含：提供粗糖；對該粗糖進行洗糖並熔化該粗糖而形成第一生成漿液；提供過濾用之過濾介質，該過濾介質包含：25-50重量百分比之吸收材料；組成範圍為0.01-10%之纖維；組成範圍為0.01-1%之電解質；將該生成漿液以該過濾介質、粉末活性碳、離子交換樹脂、及/或粒狀活性碳、或其任何組合脫色，而形成第二生成漿液；實行該第二生成漿液之結晶而形成結晶生成產物；及將該結晶生成產物熔化。
  22. 如請求項21之方法，其中該吸收材料包含碳及離子交換樹脂。
  23. 如請求項22之方法，其中對該糖純化製程提供該過濾介質之添加次序本質上為按以下次序添加過濾介質成分：1)該碳；2)該纖維；3)該離子交換樹脂；4)該電解質；及5)水。
  24. 如請求項21之方法，其中該纖維的直徑在200-1500奈米，長度在0.500-1000微米，加拿大游離度標準測量在0-100，及表面積在0-200平方米/克。
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