利用殼生產(chǎn)乳酸鈣的實驗研究

利用殼生產(chǎn)乳酸鈣的實驗研究

根據(jù)聯(lián)合糧農(nóng)組織的統(tǒng)計，2003年中國的蛋產(chǎn)量為2233.2萬噸，占世界蛋產(chǎn)量的40%。按蛋殼占蛋質(zhì)量的12%計算,我國每年將產(chǎn)生大約300萬噸的蛋殼成為垃圾。蛋殼含大約93%的碳酸鈣。大量的資料表明,蛋殼是制備鈣制劑的綠色鈣源。已報道的關(guān)于雞蛋殼制備乳酸鈣的研究,可為兩種方法:一種是將雞蛋殼在高溫下鍛燒,使雞蛋殼中原來的主要成分CaCO3轉(zhuǎn)化為CaO,再與乳酸反應(yīng)制備乳酸鈣;另一種是直接將粉碎的雞蛋殼與乳酸在水浴加熱反應(yīng)制備乳酸鈣。前一種方法由于需要高溫鍛燒,能耗大,成本高,煅燒過程中會產(chǎn)生大量CO2和粉塵的污染,而且鍛燒法會破壞雞蛋殼的天然活性;后一種方法采用水浴加熱,雞蛋殼轉(zhuǎn)化率較低,并且工業(yè)化生產(chǎn)成本高。水熱法是指在密閉體系中,以水為溶劑,在一定溫度下,在水的自生壓強(qiáng)下,原始混合物進(jìn)行反應(yīng)。本工藝避免了高溫鍛燒蛋殼所造成的環(huán)境污染,也不產(chǎn)生新的污染;殼膜分離階段以水為分離劑,避免了酸和堿的污染;整個反應(yīng)過程處于密閉狀態(tài),避免了反應(yīng)過程中酸和水的揮發(fā)造成的損失;蛋殼不用高溫煅燒,降低了能耗成本。實驗中產(chǎn)生的CO2可以在實驗結(jié)束時回收吸走,防止產(chǎn)生污染。本文以乳酸鈣的產(chǎn)率為指標(biāo),用單因素實驗與正交實驗相結(jié)合的方法,研究了影響乳酸鈣產(chǎn)率的幾個主要工藝參數(shù)。1材料和方法1.1材料和蛋由學(xué)校餐廳提供1.2試劑與儀器乳酸,乙二胺四乙酸二鈉(EDTA),碳酸鈣,濃鹽酸,鉻黑T,氨水,氯化銨,三乙醇胺(化學(xué)試劑均為AR級),SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵(鄭州長城科工貿(mào)有限公司),自制反應(yīng)釜,DHG-9075A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司)。1.3殼膜增長過程膜原子系統(tǒng)最佳工藝參數(shù)的確定將預(yù)處理后的蛋殼粉碎過篩(100目),得到的蛋殼粉以水為分離劑經(jīng)過殼膜分離后,與乳酸在水熱法的條件下反應(yīng)。以乳酸鈣的產(chǎn)率作為指標(biāo),研究影響產(chǎn)物乳酸鈣產(chǎn)率的幾個主要工藝參數(shù)。用單因素實驗確定殼膜分離、蛋殼過料量、固液比、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度對乳酸鈣產(chǎn)率的影響,然后用正交實驗設(shè)計法對這些因素進(jìn)行優(yōu)選。將反應(yīng)后的產(chǎn)物經(jīng)抽濾、除鎂等處理后,用EDTA滴定法進(jìn)行鈣含量的測定,然后換算成乳酸鈣的產(chǎn)率。2結(jié)果與分析2.1單因素實驗在單因素實驗中,主要討論殼膜分離、蛋殼過料量、固液比、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度幾個因素對乳酸鈣產(chǎn)率的影響。2.1.1殼、膜的分離和過濾殼膜分離是下一步反應(yīng)的基礎(chǔ)。殼膜分離效果越好,蛋殼收率就越高,相應(yīng)的產(chǎn)品乳酸鈣的產(chǎn)率和純度也會越高。稱取5g粉碎的蛋殼粉(100目),以水為分離劑,常溫下,在不同的攪拌時間(轉(zhuǎn)速一定)和靜置時間下進(jìn)行殼膜分離,然后過濾,在120℃下烘干2h,得到分離的殼和膜。實驗結(jié)果見下圖:由圖1可知:攪拌10min,靜置15min和攪拌15min,靜置20min時的蛋殼量較高,均為4.7g,蛋殼收率為94%,從降低能耗及設(shè)備損耗的角度考慮,最佳攪拌時間為10min,最佳靜止時間為15min。在此條件下,將蛋殼殼膜分離后裝袋備用。2.1.2殼聚糖的添加量在實驗條件為乳酸0.9g;固液比1∶17;反應(yīng)時間3h;反應(yīng)溫度80℃的情況下,選取不同的蛋殼過料量進(jìn)行對比試驗。實驗中所用的蛋殼為廢物利用,所以反應(yīng)時加入過量的蛋殼具有實際效益。由圖2可知:乳酸鈣的產(chǎn)率隨著蛋殼過料量的增加先增大后減小。乳酸與碳酸鈣的反應(yīng)是弱酸與弱堿的反應(yīng),比較緩慢。蛋殼過量能使乳酸充分反應(yīng)。但蛋殼過量太多,會使生成的乳酸鈣聚集在過量的蛋殼周圍產(chǎn)生凝固,在后續(xù)抽濾時使之損失。所以蛋殼過料量有一個最佳范圍,實驗表明蛋殼過料過量50%~70%之間較好。2.1.3固液比對乳酸鈣產(chǎn)率的影響在實驗條件為乳酸0.9g;蛋殼過量60%;反應(yīng)時間3h;反應(yīng)溫度80℃的情況下,選取不同的固液比進(jìn)行對比實驗。由圖3可知:乳酸鈣產(chǎn)率隨著固液比的增加先增大后減小。產(chǎn)物乳酸鈣存在于液相,當(dāng)液體體積增加時,有利于反應(yīng)的進(jìn)行。當(dāng)液體體積過大時,會稀釋乳酸的濃度,不利于反應(yīng)的進(jìn)行。因此,在蛋殼粉過量60%的情況下,固液比有一個最佳值。由實驗結(jié)果可知,固液比在1∶16~1∶18之間較好。2.1.4反應(yīng)時間對乳酸鈣產(chǎn)率的影響在實驗條件為乳酸0.9g;固液比為:1∶17;蛋殼過量60%;反應(yīng)溫度80℃的情況下,選取不同的反應(yīng)時間進(jìn)行對比試驗。由圖4可知:乳酸鈣的產(chǎn)率隨著反應(yīng)時間的增加而增大,達(dá)到一定值后產(chǎn)率不會隨著反應(yīng)時間的增加而發(fā)生很大的變化。4.5h左右時反應(yīng)基本完全,考慮到乳酸充分利用,故適當(dāng)延長反應(yīng)時間,選4.5h~5.5h為宜。2.1.5反應(yīng)溫度的確定在實驗條件為乳酸0.9g;固液比1∶17;蛋殼過量60%;反應(yīng)時間4.5h的情況下,選取不同的反應(yīng)溫度進(jìn)行對比試驗。由圖5可知:反應(yīng)的最佳溫度在100℃左右。產(chǎn)率隨著溫度的升高而增加,溫度達(dá)到100℃之后,產(chǎn)率增加的很緩慢,從節(jié)省能源的角度考慮,反應(yīng)溫度為90~110℃為宜。2.2最佳工藝條件的確定由表2的分析結(jié)果得出:以產(chǎn)率為指標(biāo),四個因素影響產(chǎn)率的順序依次為A>B>D>C,即四個因素中,蛋殼過料量是主要影響因素,其次是固液比、反應(yīng)溫度,最后是反應(yīng)時間。A2B2C2D2是最佳工藝條件,即以蛋殼為原料用水熱法制備乳酸鈣的最佳條件為:蛋殼過量60%,固液比為1∶17,反應(yīng)時間為5h,反應(yīng)溫度為100℃。在此最佳條件下,做平行試驗。實驗結(jié)果如下表所示。由表3可知:在最佳條件下,以蛋殼為原料用水熱法制備乳酸鈣的產(chǎn)率可達(dá)94.66%。3最佳工藝條件的確定本實驗首次驗證了以蛋殼為原料用水熱法制備乳酸鈣的可行性。以蛋殼為原料用水熱法制備乳酸鈣的最佳條件為:殼