Краснова Т.А., Гора Н.В., Голубева Н.С., Нартов Е.А.

Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет), Россия

Изучение адсорбционного извлечения галловой кислоты в неравновесных условиях

При приготовлении пива из хмеля и ячменя в пивное сусло переходят полифенольные соединения. При этом присутствие ряда полифенолов в готовом напитке оказывает негативное влияние на качество пива. Галловая кислота (3,4,5-тригидроксибензойная кислота) – предшественник целого ряда полифенольных веществ. В пивном сусле галловая кислота представлена преимущественно сложными эфирами, соединенными с многоатомными спиртами и сахарами [1].

Изучение адсорбции галловой кислоты из водных растворов в равновесных условиях показало эффективность применения углеродных сорбентов марок АГ-ОВ-1 и «Пуролат-Стандарт».

Целью исследования было изучение адсорбции галловой кислоты углеродными сорбентами в неравновесных условиях.

Объектами исследования являлись модельные растворы галловой кислоты и углеродные сорбенты марок АГ-ОВ-1, «Пуролат-Стандарт».

Время контакта раствора галловой кислоты с углеродными сорбентами от 1 мин до 7 ч. Кинетические кривые адсорбции галловой кислоты полученные входе эксперимента представлены на рисунке 1.

Изучение кинетики адсорбции галловой кислоты показывает, что при извлечении на активном угле марки АГ-ОВ-1 в сорбционной системе равновесие достигается в течение 20 мин. При адсорбции на углеродном сорбенте марки «Пуролат-Стандарт» время достижения адсорбционного равновесия составило 25 минут.

Рисунок 1 – Кинетические кривые адсорбции галловой кислоты активными углями марок «Пуролат-Стандарт» (1) и АГ-ОВ-1 (2)

На основании экспериментальных данных, для получения информации о соответствии гранул изучаемых углеродных сорбентов одной из двух моделей пористой структуры, рассчитана степень достижения адсорбционного равновесия g. На рисунках 2 – 3 приведены экспериментально полученные кривые зависимости γ от длительности перемешивания τ углеродного сорбента с раствором галловой кислоты и зависимости безразмерного кинетического параметра (Т) от τ.

Рисунок 2 – Кинетические кривые адсорбции галловой кислоты активным углем марки «Пуролат-Стандарт» в координатах γ – τ (а) и T – τ (б)

Рисунок 3 – Кинетические кривые адсорбции галловой кислоты активным углем марки АГ-ОВ-1 в координатах γ – τ (а) и T – τ (б)

Анализ полученных экспериментальных кривых позволяет установить тип пористой структуры изучаемых углеродных сорбентов. Зависимость степени достижения адсорбционного равновесия от времени носит прямолинейный характер до γ=0,8, что позволяет предположить соответствие гранул применяемого угля квазигомогенной модели и выполнить расчет кинетики по этой модели. Значения γ указывают на то, что адсорбция растворенной галловой кислоты внутри зерна протекает так быстро, что не оказывает заметного влияния на общую скорость массопереноса [2].

Результаты сопоставления экспериментальных и теоретических кинетических кривых приведены на рисунке 4.

Рисунок 4 – Кинетические кривые адсорбции галловой кислоты активным углем марки «Пуролат-Стандарт» в координатах γ – τ: вычисленные (1) и экспериментальные (2)

В области малых γ вычисленные и опытные кинетические кривые расположены довольно близко друг к другу, что свидетельствует о быстром протекание внешней и внутренней диффузии в условиях опыта. С увеличением продолжительности процесса адсорбции увеличивается расхождение теоретических и экспериментальных кривых, что объясняется ролью внутренней диффузии, поскольку путь диффузии внутри зерна возрастает [3].

Коэффициенты внешнедиффузионного массопереноса β полифенольных соединений представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Коэффициенты внешнедиффузионного массопереноса галловой кислоты из водных растворов

Марка углеродного сорбента	Коэффициент внешнего массопереноса, мин^-1
АГ-ОВ-1	0,0230
«Пуролат-Стандарт»	0,0010

Величины коэффициента внешнего массопереноса при извлечении из растворов показывает, что скорость массопереноса зависит от природы сорбирующего материала.

Проведенные исследования подтверждают возможность использования для снижения концентрации полифенолов в пивном сусле адсорбентов марок АГ-ОВ-1 и «Пуролат-Стандарт». Полученные адсорбционные параметры могут быть применены в процессе моделирования динамики адсорбционного процесса и оптимизации режимов сорбционного извлечения галловой кислоты.

Литература

1. Калунянц, К.А. Химия солода и пива / К.А. Калунянц. – М.: Агропромиздат, 1990. – 176 с.

2. Когановский, А.М. Адсорбция органических веществ из воды / А.М. Когановский, Н.А. Клименко, Т.М. Левченко, И.Г. Рода. – Л.: Химия, 1990. – 256 с.

3. Тимофеев, Д.П. Кинетика адсорбции / Д.П. Тимофеев. – М.: издательство академии наук СССР, 1962. – 253 с.