Адсорбция на твердых поверхностях и ее применение в пищевой промышленности

Характерной особенностью твердых поверхностей является их пористость (отношение суммарного объема пор к общему объему адсорбента). Природа поверхности адсорбента, размеры и форма его пор влияют на адсорбцию, изменяют ее характеристики, т.е. механизм адсорбции.

Особенности адсорбции на поверхности твердых тел. Твердые поверхности в качестве адсорбентов используются для адсорбции газов или жидкостей, а адсорбционные процессы при этом протекают на границе раздела твердое тело - газ и твердое тело — жидкость. Твердые адсорбенты имеют поры различного размера.

Таблица 1 Характеристика адсорбентов

Адсорбция на микропористых адсорбентах заключается объемном заполнении пространства пор, а адсорбция на мезопористых адсорбентах - в капиллярной конденсации паров адсорбата. Адсорбционная емкость микропор определяется не только их удельной поверхностью, но и объемом самих микропор.

Адсорбция газов. Адсорбция газов на микро- и мезопористых адсорбентах существенным образом отличается от их адсорбции на непористых и макропористых адсорбентах. Для непористых и макропористых адсорбентов наблюдается мономолекулярная и полимолекулярная адсорбция. В случае порошкообразных адсорбентов различие между ними обусловлено лишь величиной удельной поверхности.

Адсорбция жидкости. Адсорбция на поверхности твердого тела, граничащего с жидкостью, в зависимости от природы адсорбтива и адсорбента и механизма процесса может быть молекулярной, ионной и ионообменной. Молекулярная адсорбция осуществляется из растворов, а адсорбтивом являются молекулы растворенного вещества. К разновидностям молекулярной адсорбции относится адсорбция ПАВ.

Адсорбция ионов. Адсорбция ионов на твердой поверхности протекает в том случае, когда эта поверхность соприкасается с растворами электролитов. Ионы одного знака удерживаются на твердой поверхности сильнее, чем ионы другого знака, которые остаются в растворе. Удержание ионов твердым телом определяется электростатическими и химическими силами, которые зависят от свойств твердого тела и самих ионов.

Ионообменная адсорбция. Ионный обмен связан с адсорбцией ионов из раствора электролита и десорбции ионов из твердой поверхности (ионита) в раствор. Поэтому ионный обмен называют ионообменной адсорбцией. Иониты представляют собой вещества, способные к ионному обмену при контакте с растворами электролитов. Ионит имеет две группы ионов, одна из них содержится в фазе ионита, а другая способна диссоциировать и является электролитом. По знаку обмениваемых ионов различают катиониты и аниониты.

Таблица 2 Иониты, применяемые в пищевой промышленности

Применение адсорбционных процессов. Адсорбция газов на твердых поверхностях используется в некоторых отраслях пищевой промышленности, а именно масложировой (например, в производстве маргарина) и в бродильной (например, в производстве дрожжей) для очистки технологических газовых потоков с целью предотвращения выбросов вредных веществ в атмосферу. Поглощение паров воды происходит на пористых веществах, которые выполняют роль твердого адсорбента. Подобные процессы наблюдаются в отношении сахара, соли и сухарей. Адсорбционный способ регулирования газового состава хранилищ скоропортящихся продуктов позволяет в несколько раз сократить потери и увеличить сроки хранения. Адсорбция различных пищевых кислот, лимонной в частности, снижает по сравнению с водой поверхностное натяжение большинства прохладительных напитков. Адсорбция веществ на поверхности раздела жидкость — газ способствует устойчивости пен. Подобный процесс имеет место в бродильной промышленности при производстве дрожжей и некоторых других полупродуктов. Усиление смачивания водой различных поверхностей широко используется в промышленности в качестве сопутствующего процесса при мойке оборудования, подготовке сырья, обработке полуфабрикатов и т.д. Адсорбция на границе твердое тело - жидкость широко применяется при очистке жидкостей (например, диффузионного сока при производстве сахара, растительных масел и соков) от примесей.

Итак, адсорбция как поверхностное явление находит широкое применение в пищевых отраслях промышленности.

ЛЕКЦИЯ № 7