粒度对食品医药用硅藻土助滤剂渗透性能的影响*

姜玉芝 张忠阳 王利华 杨培全

(沈阳理工大学材料科学与工程学院)

硅藻土助滤剂是以硅藻土为原料制成的粉末状产品，具有独特的微孔结构和比表面积大，吸附能力、渗透能力和抗压缩能力强，无毒无味，化学性能稳定等诸多优异特性［1］，其助滤机制主要是对杂质起机械截留和吸附作用，可去除悬浮物、胶体物质、细菌、病毒等。硅藻土助滤剂形成的滤饼层具有较高的渗透性和吸附性，有助于提高过滤时的截流精度和处理能力，其中截留精度可达0.1μm。

2009年7月17日发布、2010年6月1日正式实施的《GB 24265—2009 硅藻土助滤剂》将硅藻土助滤剂按加工方式分为焙烧品硅藻土助滤剂和助熔焙烧品硅藻土助滤剂两种，按用途分为食品医药用硅藻土助滤剂和工业用硅藻土助滤剂两类［2］。在食品医药中，硅藻土助滤剂可用于对啤酒、饮用水、饮料、食油、液体食品添加剂、口服药用糖浆、药用雾化剂等的过滤，如对于发酵后的啤酒，经硅藻土助滤剂过滤可以使啤酒清亮透明有光泽，长时间不产生沉淀，并可避免焦糊味［3-4］。在工业中，硅藻土助滤剂可用于对污水、无机产品、有机溶剂、有机化工中间体等的过滤，如过滤游泳池水、磺酸盐、彩色显象管荧光粉、三聚氰胺、压延机油、乙二胺废液以及化妆品、杀虫剂、润滑油等。

渗透性能是硅藻土助滤剂的一项主要性能指标，而硅藻土助滤剂的渗透性能很大程度上与其粒度有关，但GB 24265—2009中并未对硅藻土助滤剂的粒度作出相关规定。本研究考察粒度对食品医药用硅藻土助滤剂渗透性能的影响，目的是为GB 24265—2009的逐步完善提供参考。

1 试样

焙烧品硅藻土助滤剂(简称BS)是硅藻土原土经650～1 000℃焙烧、粉碎、分级而得到的产品，助熔焙烧品硅藻土助滤剂(简称ZBS)是在硅藻土原土中加入适量的助熔剂，经800～1 200℃焙烧、粉碎、分级得到的产品。本研究采用临江硅藻土助滤剂厂产4种粒度的食品医药用焙烧品硅藻土助滤剂(编号为BS－1#～BS－4#)和5种粒度的食品医药用助熔焙烧品硅藻土助滤剂(编号为ZBS－1#～ZBS－5#)作为试验用样，其理化指标符合表1要求。

表1 食品医药用硅藻土助滤剂理化指标要求［2］

采用LS900型激光粒度仪对9种试样进行粒度分析，结果见表2。

表2 试样粒度分析结果

2 试验方法

(1)根据GB 24265—2009，组装硅藻土助滤剂渗透率测试装置如图1所示。该装置由真空抽滤系统、压力计、稳压瓶、真空度调节阀、滤网(硅藻土助滤剂在网上形成滤饼)、给料瓶、滤液瓶及连接管路组成，组装时各连接部位一定要进行密封处理，以保证整个系统的真空度可以调节。

图1 渗透率测试装置

(2)准确称取某一硅藻土助滤剂干样5 g(精确到0.1 g)于100 mL烧杯中，加50 mL左右的蒸馏水搅匀后全部倒入渗透率测试装置的给料瓶中。

(3)开启真空泵，控制真空度为7 500±100 Pa，直至滤饼形成、不再有滤液产生。

(4)关闭真空泵，放空滤液瓶后，沿给料瓶瓶壁加入50～60 mL蒸馏水(切忌直接冲击滤饼)，在7 600±100 Pa真空度下进行过滤;至滤液体积为40 mL左右时，准确记录相应的过滤时间和滤液体积，计算滤液流量。

(5)重复第(4)步，取3次滤液流量计算结果的算术平均值。

(6)立即准确测定滤饼厚度。

(7)根据测试时蒸馏水的温度，由表3读取蒸馏水的黏度系数(试验中蒸馏水的温度小于19℃)。

表3 蒸馏水黏度系数与温度关系

式中:K为渗透率，cm2;η为蒸馏水黏度系数，Pa·s;h为滤饼厚度，cm;Q为滤液流量平均值，cm3/s;p为真空度，Pa;A为过滤面积，cm2。

(8)按下式计算渗透率:

3 试验结果与分析

3.1 粒度对ZBS试样渗透率的影响

以d50为标准考察ZBS试样的粒度对其渗透率的影响，不同d50下ZBS试样的渗透率如图2所示。

图2 粒度对ZBS试样渗透率的影响

由图2可见，ZBS试样的渗透率随着d50的增大而不断上升，说明随着d50的增大，ZBS试样的渗透性能逐渐提高，过滤能力逐渐增强。这是因为ZBS试样的粒度增大后，颗粒间的空隙增加，从而扩大了滤液的透过面积，缩短了过滤时间。反之，ZBS试样的粒度减小，颗粒间的空隙减少，过滤速度减慢，粒度过小时，甚至将无法过滤。

对图2中的试验曲线进行线性回归，所得拟合直线如图2中的虚线所示，相应的线性方程为

由于式(2)与图2中试验曲线的相关系数R=0.989 86，因此，ZBS试样的渗透率与d50的关系完全可以用式(2)来描述。

GB 24265—2009规定，食品医药用ZBS的渗透率范围为(0.5～12.0)×10－8cm2(对应产品型号为70～1200)。将该渗透率范围代入式(2)，可得食品医药用ZBS的d50范围应为24.6～131.4μm。

3.2 粒度对BS试样渗透率的影响

同样以d50为标准考察BS试样的粒度对其渗透率的影响，试验结果如图3所示。

由图3可见，与ZBS试样一样，随着d50的增大，BS试样的过滤能力也越来越强，从而使渗透率不断提高。

图3 粒度对BS试样渗透率的影响

对图3中的试验曲线进行线性回归，所得拟合直线如图3中的虚线所示，相应的线性方程为

由于式(3)与图3中试验曲线的相关系数R=0.996 51，因此，BS试样的渗透率与d50的关系完全可以用式(3)来描述。

GB 24265—2009规定，食品医药用BS的渗透率范围为(0.05～0.5)×10－8cm2(对应产品型号为10～50)，将该渗透率范围代入式(3)，可得食品医药用BS的d50范围应为2.9～79.8μm。

3.3 粒度对ZBS和BS试样渗透性能的影响程度

根据式(2)和式(3)比较粒度对ZBS和BS试样渗透性能的影响程度，结果如图4所示。

图4 ZBS和BS试样的渗透率随粒度变化的比较

由图4可见:虽然ZBS和BS试样的渗透率都随着粒度的增大而逐渐提高，但ZBS试样的渗透率变化速率更快，表明ZBS试样的粒度对渗透率影响更显著。此外，在相同的粒度下，ZBS试样的渗透率明显高于BS，说明ZBS试样的渗透性能优于BS试样的渗透性能。因此，在实际应用中，当过滤作业要求有较高的处理能力时，应选用ZBS，BS适用于对处理能力要求不高的场合。

4 结论

(1)食品医药用助熔焙烧品硅藻土助滤剂和焙烧品硅藻土助滤剂的渗透率都随着粒度的增大而提高，但助熔焙烧品硅藻土助滤剂的粒度对渗透率影响更显著，而且在粒度相同的情况下，助熔焙烧品硅藻土助滤剂的渗透率高于焙烧品硅藻土助滤剂的渗透率。因此，在实际应用时，应视具体情况正确选用助熔焙烧品硅藻土助滤剂或焙烧品硅藻土助滤剂，以求在保证过滤作业产品质量的前提下有较高的处理能力。

(2)根据试验结果，食品医药用助熔焙烧品硅藻土助滤剂的d50范围应为24.6～131.4μm，食品医药用焙烧品硅藻土助滤剂的d50范围应为2.9～79.8μm。

［1］ 黄承彦．中国硅藻土及其应用［M］.北京:科学出版社，1993:1-14．

［2］ 姜玉芝，孙中强，刘 勇，等．GB 24265—2009 硅藻土助滤剂［S］.北京:中国国家标准化管理委员会，2009．

［3］ 毛青钟，陈宝良，俞关松，等．硅藻土助滤剂应用于黄酒过滤［J］.中国酿造，2006(2):46-49．

［4］ 吴炜亮，吴国杰．啤酒过滤技术的研究进展［J］.酿酒，2006(4):62-64．