Научная статья на тему 'Обессоливание желатина'

Обессоливание желатина Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
216
127
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЖЕЛАТИН / АНИОНИТ / КАТИОНИТ / УДЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ / ИОННЫЕ ПАРЫ / GELATIN / CATION / ANION / SPECIFIC CONDUCTIVITY / ION PAIRS

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Нафиков И. М., Кузнецов В. Г., Зиннатуллин Н. Х., Еникеева Н. И., Сосновская Н. Б.

Исследованы наиболее активно работающие пары «катионит-анионит». Определены рН, удельная электропроводимость, содержание железа, кальция, тиосульфата, зольный остаток, прозрачность, вязкость, и температура плавления обессоленного желатина.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Нафиков И. М., Кузнецов В. Г., Зиннатуллин Н. Х., Еникеева Н. И., Сосновская Н. Б.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Studied most active pairs of cation-anion. Determined pH, specific conductivity, contents of iron, calcium thiosulfate, bottom ash, opacity, viscosity and melting point desalted gelatin.

Текст научной работы на тему «Обессоливание желатина»

УДК 771.513

И. М. Нафиков, В. Г. Кузнецов, Н. Х. Зиннатуллин,

Н. И. Еникеева, Н. Б. Сосновская

ОБЕССОЛИВАНИЕ ЖЕЛАТИНА

Ключевые слова: желатин, анионит, катионит, удельная электропроводность, ионные пары.

Исследованы наиболее активно работающие пары «катионит-анионит». Определены рН, удельная электропроводимость, содержание железа, кальция, тиосульфата, зольный остаток, прозрачность, вязкость, и температура плавления обессоленного желатина.

Keywords: gelatin, cation, anion, specific conductivity, ion pairs.

Studied most active pairs of cation-anion. Determined pH, specific conductivity, contents of iron, calcium thiosulfate, bottom ash, opacity, viscosity and melting point desalted gelatin.

При обессоливании желатина, как известно [1-3], применяются ионные пары «катионит-анионит». Необходимость учета влияния различных смол на фотосвойства желатина ставит задачу исследования эффективности работы различных пар «катионит-анионит».

Ионнообменная обработка растворов желатина производилась на лабораторной установке, представляющей собой три последовательно соединенных стеклянные колонки диаметром 35 мм и высотой 170 мм, снабженных рубашками, через которые циркулировала термостатированная вода. Первая колонка заполнялась 0,1 кг исследуемого катионита, а во вторую и третью загружалось по 0,1 кг исследуемого анионита. Раствор исследуемого желатина термостатированный до 500С, пропускался через ионообменные колонки всегда с одинаковым расходом, равным 20 мл/мин, собирался в сборную емкость и студенился. Студень измельчался, сушился и подвергался физико-химическим и фотографическим испытаниям.

В качестве исходного желатина был выбран желатин с показателями приведенными в таблице 1.

Целью настоящей работы являлось определение наиболее эффективно работающих анионитов и катионитов и сопоставление показателей изготовленных образцов желатина с показателями исходного желатина.

Использовались следующие сочетания ионитов:

1.С катионитом КУ-2-8 последовательно сочетались аниониты АВ-17-8, АВ-17-8 rC, АВ-17-10П/0,6; АН-108-3, АН-31 и АН-2ФН.

2. С анионитом АВ-17-8 последовательно сочетались катиониты КУ-2-8, КУ-2-8чС, КУ-26 и КБ-2Н-2,5. После выявления наиболее активно работающих катионитов и анионитов они использовались для изготовления образцов желатина в следующих сочетаниях:

- катионит КУ-23 в паре с анионитами АВ-17-2П и АН-108-3;

- анионит АН-108-3 в паре с катионитами КБ-2 Н-2 ,5 и КУ-2-8;

- анионит АН-31 в паре с катионитом КУ-2-8.

Катиониты и аниониты в рабочем состоянии были соответственно в водородной и гидроксильной формах, чем и определялось изготовление образцов желатина в состоянии близком к изоэлектрической точке, присущей изоточке костных желатинов щелочного способа производства (рН~4,8). Из этого ряда выпадает только катионит КБ-2Н-2,5, применявшийся в натриевой форме.

Известно, что растворы желатина при рН изоточки обладают пониженными физикохимическими показателями, в частности прозрачностью и вязкостью. Поэтому эти показатели определялись повторно после доведения рН растворов желатина до значения рН-5,8 - 6,3.

При изготовлении образцов №14 - №17 (табл. 2) растворы желатина доводились до этих значений рН сразу же перед студенением растворов с последующим определением всех показателей заранее нейтрализованных растворов желатина.

Таблица 1 - Характеристики желатина

Наименование показателей Величина показателей

Массовая доля зольного остатка, % 1,20

Массовая доля железа, мг/кг 19

Вязкость раствора с массовой долей 10 %, мПаC 22

Температура плавления студня с массовой долей 10%, % рН 1%-го раствора 32,2

Прозрачность раствора с массовой долей 10%, % 80

рН 1%-го раствора 5,9

Массовая доля тиосульфата натрия, мг/кг 140

Массовая доля кальция, мг/кг 4060

Удельная электропроводность раствора с массовой долей 5% при 50ОС, См/см 14,9*10-4

Максимальная светочувствительность фотоэмульсий, ед. ГОСТ 10691.0-73 180

Плотность вуали фотоэмульсии при максимальной светочувствительности, В 0,15

В процессе ионообменной обработки раствора желатина отбиралось некоторое его количество на выходе катионитовой , а затем и анионитовой колонок. Сразу определялись рН растворов, электропроводность и содержание в них ионов кальция.

В таблице 2 приводятся значения рН и электропроводности растворов соответственно после катионитовой и анионитовой колонок, а также присутствие ионов кальция. Как видно из таблицы 2, во всех случаях рН растворов после катионитов и анионитов практически одинаков, за исключением образцов №12 и №17, которые были изготовлены пропусканием раствора через катионит в натриевой форме. Электропроводность раствора желатина после их пропускания через разные марки катионитов одинакова, за исключением случаев использования катионитов в натриевой форме (образцы №12 и №17).

Таблица 2 - Значения рН, электропроводность, содержание ионов Са2+ после ионообменной обработки

№ образца Иониты (в скобках-форма) рН 1%-го раствора Удельная электропроводность 5%-го р-ра 50ОС, См/см Са2+, мг/кг

1 2 3 4 5

1 КБ-2Н-2,5(Н+) 4,5 7,8*10-4 Не обнаружен

АБ-17-8(ОН-) 5,1 5,6*10-4

2 КУ-2-8чС(Н+) 4,3 7,4*10-4 Не обнаружен

АВ-17-8(ОН-) 4,9 5,7*10-4

3 КУ-2-8(Н+) 4,4 7,8*10-4 Не онаружен

АВ-17-8(ОН-) 4,8 5,1*10"4

4 КУ-23(Н+) 4,3 7,8*10-4 Не обнаружен

АВ-17-8(ОН-) 4,8 5,7*10-4

5 КУ-2-8(Н+) 4,5 7,8*10"4 Не обнаружен

АВ-17-2П(ОН-) 4,8 6,0*10-4

Окончание табл. 2

1 2 3 4 5

6 КУ-2-8(ОН+) 4,3 7,8*10-4 Не обнаруже

АВ-17-10П(0Н- 4,5 5,4*10-4

7 КУ-2-8(Н+) 4,3 7,8*10-4 Не обнаружен

АН-108-3(0Н-) 4,8 4,7*10-4

8 КУ-2-8(Н+) 4,4 7,4*10-4 Не обнаружен

АВ-17-(ОН-) 4,8 5,6*10-4

9 КУ-2-8(Н+) 4,4 7,8*10-4 Не обнаружен

АН-31(ОН-) 4,8 4,5*10-4

10 КУ-2-8(Н+) 4,5 7,6*10-4 Не обнаружен

АН-2ФН(ОН-) 4,8 6,0*10-4

11* КУ-2-8(Н+) 4,5 8,6*10-4 Не обнаружен

АВ-17-2П(ОН-) 4,9 5,8*10-4

12 КБ-2Н-2,5(№+) 8,8 23,9*10-4 Не обнаружен

АВ-17-8(ОН-) 10,1 21,7*10-4

13 КУ-23(Н+) 4,5 8,5*10-4 Не обнаружен

АВ-17-2П(ОН-) 4,8 5,5*10-4

14** КУ-23(Н+) 4,4 8,2*10-4 Не обнаружен

АВ-17-2П(ОН-) 4,8 5,9*10-4

15 КУ-23(Н+) 4,4 8,4*10-4 Не обнаружен

АН-108-3(0Н-) 4,8 5,4*10-4

16 КБ-2Н-2,5(Н+) 4,5 7,8*10-4 Не обнаружен

АН-108-3(0Н-) 4,9 4,6*10-4

17 КБ-2Н-2,5(№+) 8,6 23,7*10-4 Не обнаружен

АН-108-3(0Н-) 9,2 18,7*10-4

* Анионит обрабатывался раствором углекислого натрия.

**Образец №14 и последующие нейтрализовались до значений рН=6,2-6,4 сразу после пропускания раствора через установку.

Последующее пропускание растворов желатина через разные марки анионитов привело к дальнейшему снижению электропроводности. Так при использовании анионитов АВ-17-2П, АВ-17-10П, АН-108-3, АВ-17-8чС, АН-2ФН и АН-31 в сочетании с катионитами, электропроводность образцов желатина снижается в 25-30 раз по сравнению с электропроводностью исходного желатина. У вышеупомянутых анионитов электропроводность растворов желатина на порядок ниже, чем у анионита АВ-17-8.

Качественное определение кальция с помощью металлохромного индикатора «эрио-хром черный Т» показало практическое отсутствие кальция во всех образцах желатина.

Помимо электропроводности и содержания кальция эффективность ионообменной очистки желатина характеризуется и содержанием зольного остатка, железа тиосульфата натрия и показателем прозрачности, которые приводятся в таблице 3.

Из таблицы 3 видно, что наибольшая зольность у образцов желатина №12 и №17, что вполне закономерно, т. к. в процессе ионного обмена ионы кальция заменялись в эквивалентном количестве на ионы натрия и у образцов №2 и №3, изготовленных с применением традиционных катионита КУ-2-8 и его аналога КУ-2-8чС в паре с анионитом АВ-17-8.

Неоправданно высокая зольность образца №16 , хотя величина зольности определялась дважды с получением близких результатов.

Уровень содержания железа в образцах практически одинаков за исключением содержания железа в образцах№№12 и 17. В них, а также в образцах №14 и №16, наблюдается повы-

шенное содержание тиосульфата натрия по сравнению с остальными образцами, содержащими практически одинаковые количества тиосульфата натрия.

Таблица 3 - Химический состав и прозрачность образцов желатина

№ образца Иониты Зольный остаток Железо мг/кг Тиосульфат натрия, мг/кг Прозрачность, %

1 КБ-2Н-2,5(Н+) АВ-17-8(ОН-) 0,05 9 6,5 70

2 КУ-2-8чС(Н+) АВ-17-8(ОН-) 0,11 6 6,0 73

3 КУ-2-8(Н+) АВ-17-8(ОН) 0,15 8 7,5 73

4 КУ-23(Н+) АВ-17-8(ОН-) 0,03 8 4,0 75

5 КУ-2-8(Н+) АВ-17-2П(ОН-) 0,02 7 5,5 75

6 КУ-2-8(Н+) АВ-17-10П(0Н-) 0,05 7 5,0 70

7 КУ-2-8(Н+) АН-108-3(0Н-) 0,01 4 3,5 73

8 КУ-2-8(Н+) АВ-17-8чС(ОН-) 0,04 8 5,5 76

9 КУ-2-8(Н+) АН-34(ОН-) 0,03 8 3,0 73

10 КУ-2-8(Н+) АН-2ФН(ОН-) 0,04 7 3,5 76

11 КУ-2-8(Н+) АВ-17-2П(ОН-) 0,01 5 3,5 74

12 КБ-2Н-2,5(Na+) АВ-17-8(ОН-) 1,9 16 9,0 82

13 КУ-23(Н+) АВ-17-2П(ОН-) 0,05 7 ** 75

14* КУ-23(Н+) АВ-172П(ОН-) 0,05 7 9,0 82

15 КУ-23(Н+) АН-108-3(0Н-) 0,03 6 ** 83

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

16 КБ-2Н-2,5(Н+) АН-108-3(0Н-) 0,87 6 11,0 82

17 КБ-2Н-2,5(Na+) АН-108-3(0Н-) 1,3 10 12,0 82

*Образец желатина №14 и последующие нейтрализовались до значений рН=6,2-6,4 сразу же после пропускания раствора через установку.

** Полярографическое определение тиосульфата натрия не удалось выполнить из-за помех регистрируемых полярограммой.

Определение прозрачности образцов с №1 по №11 и 13 производилось при рН изоэлек-трической точки и она приблизительно одинакова для всех образцов, колеблясь от 70 до76 %.

Более высокие показатели прозрачности для образцов №12 и 17 объясняются значениями рН желатина, существенно превышающих рН изоточки.

В таблице 4 приведены показатели вязкости, прозрачности и температуры плавления 10% растворов и студня желатина, измеренные после доведения растворов желатина до рН=6,2-6,4. Образцы желатина №12 и 17 уже в процессе изготовления имели рН>7 и поэтому их прозрачность и вязкость измерялись после доведения рН растворов подкислением до тех же значений. Температура плавления всех образцов желатина, в пределах ошибки измерений, неизменна и незначительно отклоняется от ее исходного значения. Вязкость и прозрачность растворов обессоленного желатина, доведенных до рН=6,2-6,4 возрастают соответственно до 8-16% и 10-17%.

Таблица 4 - Показатели вязкости, прозрачности и температуры плавления желатина до и после нейтрализации

№ образца Иониты Вязкость, мПа с Прозрачность, % (при рН=6,2-6,4) Температура плавления

1 КБ-2Н-2,5(Н+) АВ-17-8(ОН") 24,1(25,9) 82 52,7

2 КУ-2-8чС(Н+) АВ-17-8(ОН-) 21(27,6) 82 32,5

3 КУ-2-8(Н+) АВ-17-8(ОН) 20,1(26,9) 82 32,5

4 КУ-23(Н+) АВ-17-8(ОН-) 20(27,9) 83 32,6

5 КУ-2-8(Н+) АВ-17-2П(ОН-) 23,4(25,4) 83 32,4

1 2 3 4 5

6 КУ-2-8(Н+) АВ-17-10П(0Н-) 22,9(26,9) 82 32,6

7 КУ-2-8(Н+) АН-108-3(0Н-) 23,5(29,9) 84 32,7

8 КУ-2-8(Н+) АВ-17-8чС(ОН-) 23,4(28,6) 84 82,8

9 КУ-2-8(Н+) АН-31(ОН-) 22,7(24,5) 82 32,7

10 КУ-2-8(Н+) АН-2ФН(ОН-) 23,4(27,6) 83 32,7

11 КУ-2-8(Н+) АВ-17-2П(ОН-) 23,4(27,1) 84 32,8

12 КБ-2Н-2,5(Na+) АВ-17-8(ОН-) 25,6(28,6) 82 32,4

13 КУ-23(Н+) АВ-17-2П(ОН-) 21,7(23,2) 82 31,3

14 КУ-23(Н+) АВ-172П(ОН-) 22,1(24,2) 82 31,8

15 КУ-23(Н+) АН-108-3(0Н-) 21,8(23,4) 83 32,1

16 КБ-2Н-2,5(Н+) АН-108-3(0Н-) 23,7(26,1) 82 32,2

17 КБ-2Н-2,5(Na+) АН-108-3(0Н-) 21,4(24,4) 82 31,9

*В скобках даны значения вязкости после доведения рН растворов до 6,2-6,4.

Полученные данные позволяют провести для обессоливания желатина обоснованный выбор пары «катионит-анионит».

Из-за сходства описания кинетики ионного обмена и адсорбции для расчета ионообменной аппаратуры могут быть использованы методы расчета адсорбционных аппаратов. При этом необходимо учесть, что при ионном обмене скорость массопередачи обычно лимитируется внутренним массопереносом [4,5].

Литература

1. Смирнов, Н.Н. Расчет и моделирование ионообменных реакторов / Н.Н. Смирнов, А.И. Волжин-ский, В.А. Константинов. - Л.: Химия, 1984. - 224 с.

2. Высокомолекулярная химия желатина / А. Вейс - М.: Пищевая промышленность, 1971. - 480 с.

3. Кельцев, Н.В. Основы адсорбционной техники / Н.В. Кельцев - М.: Химия, 1976. - 512 с.

4. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: в 2 т. Т.2 / Ю.И. Дытнерский. -М.: Химия, 1995. - 368 с.

5. Дьяконов, Г. С. Оптимальное проектирование промышленных аппаратов химической технологии на основе сопряженного физического и математического моделирования/ Г. С. Дьяконов, В.И. Елизаров // Вестн. Казан. технолог. ун-та. - 2010 - № 4. - С. 131-140.

© И. М. Нафиков - канд. техн. наук, доц. каф. процессов и аппаратов химической технологии КГТУ, [email protected]; В. Г. Кузнецов - канд. техн. наук, доц. той же кафедры; Н. Х. Зин-натуллин - д-р техн. наук, проф. той же кафедры; Н. И. Еникеева - канд. техн. наук, доц. той же кафедры; Н. Б. Сосновская - канд. техн. наук, доц. той же кафедры.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.