بخشی از مقاله
سنتز نانو زئولیت هاي ساختاري و بررسی عملکرد آن در بهبود فرایند تصفیه روغن نباتی
چکیده:
بی رنگ کردن در واقع حذف رنگدانه ها، صابون باقی مانده از واحد خنثی سازي، فسفولیپیدها، فلزات، محصولات اکسیداسیون (پراکسیدها) و… از روغن به وسیله جذب سطحی در خاك رنگبر است. در واقع این پدیده یک پدیدة فیزیکوشیمیایی است و بستگی به میل ترکیبی مواد موجود در روغن در سطح خاك رنگبر دارد. مواد رنگی که در هنگام نگه داري دانه هاي روغنی بوجود می آیند سبب طعم و مزه نامطلوب در آن ها می شوند و باید جدا شوند وگرنه سبب ادامه واکنش اکسیداسیون و تغییر طعم و مزه روغن می شوند. خاك رنگبر موجب کاهش کلروفیل و کاهش محصولات اکسیداسیون مانند آلدئیدها، ستن ها، هیدروکربورها و افزایش مقاومت اکسیداتیو روغن و نیز جذب فلزات سنگین در روغن می شود. میزان تاثیر خاك براي هر یک از عوامل فوق بستگی به نوع خاك، مقدار فعال شدن آن، مشخصات فیزیکی آن و هم چنین شرایط مصرف دارد. در این مطالعه نوع خاصی از خاك هاي رنگبر بر پایه سیلیکات آلومینیوم بنام زئولیت سنتز و سپس عملکرد آن در مرحله رنگبري، بر روي روغن بررسی گردید.
نتایج به دست آمده نشان می دهد که استفاده از فناوري نانو در فرایند تصفیه روغن هاي خوراکی داراي مزیت هایی از قبیل کاهش بهتر رنگ قرمز، کاهش بیشتر مقدار فسفاتید، کاهش کمتر مقاومت در حین فرایند، افزایش کمتر اسیدیته روغن در حین فرایند، دست یابی به روغن تصفیه شده با وضعیت ظاهري یکنواخت تر و ثابت در تمام دماها، کاهش زمان فرایند تصفیه و مصرف انرژي را در بر دارد. آنچه مشهود است این است که بهبود حاصل شده ناشی از اختلاف ساختاري ترکیبات نانو در فرایند تصفیه روغن سویا می باشد. لذا به نظر می رسد با توجه به نتایج به دست آمده و ظرفیت موجود در استفاده از فناوري نانو در فرایند تصفیه روغن هاي نباتی، در آینده شاهد پیشرفت هاي شگرفی در این زمینه باشیم.
واژه هاي کلیدي
نانوزئولیت، روغن هاي خوراکی، رنگبري، جذب سطحی
مقدمه
زئولیت یک واژه یونانی می باشد که از دو جزء به معنی سنگ و جوشان تشکیل شده است و اولین بار در سال 1756 توسط یک معدن شناس سوئدي به نام کرونستد نام زئولیت به کانی استیلبیت داده شده که به هنگام حرارت دادن مقدار زیادي آب از آن خارج می گردید. تجزیه هاي شیمیایی و ساختاري نشان دادند که زئولیت ها عمدتا" حاوي سیلیسیم، آلومینیوم و اکسیژن هستند. از نظر ترکیب شیمیایی تا سال 1982 زئولیت ها به آلومینوسیلیکات ها محدود بوده اند، اما با گسترش مطالعات و پژوهش هاي انجام شده دامنه این ترکیبات شامل آلومینو فسفات ها هم شده است. زئولیت ها جامداتی بلورین و آبدار با روزنه هایی متحدالشکل و به ابعاد 3 تا 10 انگستروم می باشند که ابعاد مزبور در حد اندازه هاي مولکولی است، لذا به زئولیت ها غربال هاي مولکولی نیز می گویند. می توان گفت زئولیت ها صافی هاي معکوس هستند و بر عکس صافی هاي متداول مولکولی مولکول هاي کوچک را در خود نگه می دارند و مولکول هاي بزرگتر را بدون ممانعت از خود عبور می دهند. زئولیت ها به طور کلی به دو دسته طبیعی و مصنوعی تقسیم می شوند که اولین زئولیت مصنوعی در سال 1890 توسط دولتر ساخته شد. تا 1992 بیش از 41 گونه زئولیت شناخته شده بودند. با وجود تعداد گونه هاي شناخته شده، فقط مصرف تعداد کمی از آنها از نظر اقتصادي مقرون به صرفه می باشند. معمولی ترین و فراوان ترین این گونه هاي عبارتند از: آنالیسم، لامونیت، فیلیپسیت، موردنیت، کلینوپتیلولیت و هیولاندیت. از نقطه نظر جغرافیایی، منابع عظیم زئولیت هاي طبیعی در کشورهایی چون آمریکا، مکزیک، بلغارستان، آلمان، ایتالیا، ژاپن، کره شمالی و جنوبی، یوگسلاوي، مجارستان، آفریقاي جنوبی، روسیه و کوبا وجود دارند که از نظر اقصادي داراي اهمیت می باشند. در ایران نیز گزارش هاي متعددي وجود انواع مختلف زئولیت هاي طبیعی را تایید می کنند. بسیاري از زئولیت هاي مصنوعی به دلیل خلوص بالا، در دسترس بودن، تشکیل شدن از یک نوع خاص و نه مخلوط، و از همه مهمتر اندازه روزنه هاي ویژه نسبت به انواع طبیعی در سال هاي اخیر تحقیقات زیادي را به خود اختصاص داده اند. البته به دلیل کشف منابع بسیار عظیم و نسبتا" خالص انواع طبیعی در گوشه و کنار جهان و بویژه به دلیل اهمیت اقتصادي آنها نسبت به نوع مصنوعی و عدم انحصار تولید توسط یک کشور خاص، تحقیقات بر روي انواع طبیعی نیز توجه خاصی را به خود معطوف نموده است. به دلیل کمبود ذخایر طبیعی، تلاش هاي بسیار زیادي براي جایگزین نمودن گونه هاي مصنوعی به جاي زئولیت هاي طبیعی به عمل آمده که در این راستا بیش از 150 گونه مصنوعی ساخته شده است.
ساختمان مولکولی زئولیت ها متشکل از چهار وجهی هایی با چهار اتم اکسیژن در اطراف یک اتم سیلیسیم (Si) می باشند که به آنها واحدهاي اولیه می گویند. رئوس این چهار وجهی ها با اشتراك اتم اکسیژن به هم متصل شده و واحدهاي ساختمانی کوچک ثانویه را تشکیل می دهند(یانگ و ھمکاران، ۵٢٠٠). واحدهاي ساختمانی کوچک ثانویه با اتصال به همدیگر دامنه وسیعی از چند وجهی ها را تشکیل می دهند که ساختار زئولیت را مشخص می کنند. واحدهاي Pu و Su تنها اسکلت آلومینوسیلیکاتی را نشان می دهند و اطلاعاتی در مورد کاتیون ها و آب موجود در حفرات و روزنه ها را ارائه نمی دهند. این واحدها به نوبه خود، در اثر اتصال به هم ساختار گسترده بلورین خاص زئولیت هاي مختلف را تشکیل می دهند که هر یک از ساختمان هاي مولکولی می توانند از یک یا چند واحد ساختمانی تشکیل شده باشند.
زئولیت ها از قدیم هم به عنوان مبادله کننده یون و هم به عنوان مواد جاذب سطحی یا هر دو بکار گرفته شده اند. (زنگ و ھمکاران، ۵٢٠٠) بر طبق این تعریف یک زئولیت، پیکره آلومینوسیلیکاتی، حاوي حفرات اشغال شده توسط کاتیون ها و مولکول هاي آب است. در این پیکره اشتراك اتم هاي اکسیژن موجود در رئوس هر یک از چهار وجهی هاي SiO با چهار وجهی هاي مجاور باعث کاهش نسبت Si:O به میزان 2:1 می شود. چنانچه اتم مرکزي چهار وجهی ها یک اتم Si باشد، شبکه خنثی الکتریکی همانند کوارتز (SiO2) وجود خواهد داشت. اما تعویض یون سیلیسیم توسط یون هاي سه ظرفیتی آلومینیوم موجب ایجاد یک بار منفی در شبکه می شود که بایستی توسط کاتیون ها خنثی گردد. (قبادی و ھمکاران، ١٣٨٧) بنابر این ساختمان زئولیت را می توان شامل سه جزء عمده در نظر گرفت که عبارتند از : چهار چوب آلومینوسیلیکاتی، حفرات و فضاهاي خالی و مولکول هاي آب.
خاکی که به طور معمول در فرایند رنگبري استفاده می شود سطح متخلخل کمی دارد،(ناجی و ھمکاران، ١٣٨٩) از آنجایی که فرایند رنگبري به وسیله همین سطوح متخلخل انجام می شود می توان فرایند جذب رنگدانه ها بر روي سطح خاك رنگبر را، با افزایش مساحت سطح موثر تا حد زیادي بهبود داد. هدف از این تحقیق بررسی قابلیت رنگبري خاك هاي رنگبر سنتز شده با استفاده از فناوري نانو می باشد. به عبارتی با کاهش اندازه ذرات، نانوزئولیت ها از سطح موثر بیشتر و در نتیجه فعالیت سطحی بالاتري برخوردار می گردند.
