Исследования по применению фильтрующего материала на основе диатомита в ферментных препаратах, лимонной кислоте, альгинате, желатине и диоксиде титана и других отраслях промышленности

1. Введение

Диатомитовый фильтрующий материал – это пористый фильтрующий материал, полученный из ископаемых диатомовых водорослей. Он отличается высокой пористостью, химической инертностью и превосходной адсорбционной способностью, что обеспечивает его широкое применение в пищевой, химической и фармацевтической промышленности. Диатомитовые фильтрующие материалы играют ключевую роль в процессах разделения, осветления и очистки жидких и твердых веществ при производстве ферментных препаратов, лимонной кислоты, альгината, желатина и диоксида титана. В данной статье систематически анализируются принципы применения, оптимизация технологических процессов и тенденции развития диатомитовых фильтрующих материалов в этих отраслях.

2. Характеристики и преимущества фильтрующих материалов на основе диатомита

Микроструктура фильтрующих материалов на основе диатомита состоит из множества микронных пор, что обеспечивает им следующие основные преимущества:

Высокая точность фильтрации: они способны задерживать частицы размером от 0,1 до 50 мкм, что делает их пригодными для фильтрации жидкостей различной вязкости.

Химическая стабильность: они устойчивы к воздействию кислот и щелочей и не вступают в реакцию с целевым продуктом, что гарантирует его качество.

Высокая проницаемость: они обеспечивают низкое сопротивление фильтрации, снижая энергозатраты и повышая эффективность производства.

Возобновляемость: в некоторых отраслях промышленности фильтрующие материалы на основе диатомита можно регенерировать путем прокаливания или промывки кислотой, что снижает затраты на утилизацию отходов.

Эти свойства делают их незаменимым фильтрующим материалом в таких отраслях, как производство ферментных препаратов, лимонной кислоты, альгинатов, желатина и диоксида титана.

3. Применение диатомитовых фильтрующих добавок в различных отраслях промышленности

• Применение в производстве ферментных препаратов

Производство ферментных препаратов включает такие этапы, как микробная ферментация, разрушение клеток и очистка белка. Ферментационный бульон содержит большое количество бактерий, фрагментов клеток и коллоидных примесей. Диатомитовые фильтрующие добавки в основном используются при фильтрации ферментов для:

Удаления бактерий: благодаря технологии предварительного нанесения и динамической фильтрации микробные клетки эффективно задерживаются, что повышает прозрачность ферментного раствора.

Стабилизации белка: предотвращения денатурации ферментного белка, вызванной традиционными фильтрующими материалами (например, фильтровальной тканью), и сохранения активности фермента.

Повышения выхода: по сравнению с центрифугированием или мембранной фильтрацией диатомитовые фильтрующие добавки позволяют снизить потери продукта и улучшить извлечение фермента.

• Применение в процессе экстракции лимонной кислоты

Лимонная кислота в основном производится путем ферментации Aspergillus niger, а ферментационный бульон содержит примеси, такие как мицелий, белок и пигмент. Роль диатомитового фильтрующего материала в фильтрации лимонной кислоты включает:

Отделение мицелия: в качестве предварительного фильтрующего материала он эффективно удаляет мицелий из ферментационного бульона и снижает загрязнение последующих ионообменных смол.

Обесцвечивающий материал: в сочетании с активированным углем он может улучшить пропускание лимоннокислого раствора, что соответствует стандартам качества пищевых продуктов.

Снижение энергопотребления: по сравнению с пластинчато-рамочной фильтрацией диатомитовый фильтрующий материал может сократить время фильтрации более чем на 30% и повысить эффективность производства.

• Применение при очистке альгината

Извлечение альгината (например, каррагинана и агара) требует замачивания, щелочной обработки и фильтрации, а жидкость содержит большое количество остатков альгината и коллоидных частиц. Преимущества применения диатомитового фильтрующего материала включают:

Эффективное разделение твердой и жидкой фаз: на этапе фильтрации горячего расплава он позволяет удалять мельчайшие взвешенные частицы и повышать чистоту коллоида.

Улучшение текучести: снижение влияния вязкости геля на фильтрацию и предотвращение засорения фильтрующей мембраны.

Повышение прозрачности: обеспечение соответствия конечного продукта высоким требованиям к прозрачности, предъявляемым к пищевой и фармацевтической промышленности.

• Применение в производстве желатина

Желатин получают путем гидролиза животного коллагена, и его жидкая фаза содержит жир, фрагменты белка и примеси. Функции диатомитовых фильтрующих добавок включают в себя:

Удаление жира и частиц: на этапе фильтрации желатиновой жидкости они могут поглощать жир и задерживать мельчайшие частицы, повышая чистоту продукта.

Повышение прочности геля: снижение воздействия примесей на молекулярную структуру желатина для обеспечения гелевых свойств конечного продукта.

Продление срока службы фильтрующей мембраны: по сравнению с прямым использованием фильтровальной ткани или фильтрующего элемента, диатомитовые фильтрующие добавки могут снизить загрязнение мембраны и затраты на обслуживание.

• Применение в производстве диоксида титана (диоксида титана)

Получение диоксида титана включает в себя процессы серной кислоты или хлорирования, а реакционная жидкость содержит непрореагировавшие частицы титановой руды и побочные продукты. Применение диатомитовых фильтрующих материалов включает:

Очистка раствора сульфата титана: удаление твёрдых примесей перед гидролизом раствора для повышения белизны и чистоты диоксида титана.

Очистка сточных вод: используется для адсорбции тяжёлых металлов и удаления взвешенных веществ из сточных вод производства диоксида титана в соответствии с требованиями охраны окружающей среды.

Замена традиционных фильтрующих материалов: по сравнению с диатомитовыми фильтрующими материалами, традиционные фильтровальные ткани легко подвергаются коррозии под воздействием сильных кислот, в то время как диатомит обладает высокой кислотостойкостью и имеет более длительный срок службы.

4. Сравнение фильтрующих добавок на основе диатомита с другими технологиями фильтрации

Хотя мембранная фильтрация (например, ультрафильтрация и нанофильтрация) и технологии центробежного разделения используются в некоторых отраслях промышленности, фильтрующие добавки на основе диатомита по-прежнему обладают незаменимыми преимуществами:

| Сравнение | Фильтрующее добавку на основе диатомита | Мембранная фильтрация | Центробежное разделение |

| Тонкость фильтрации | 0,1–50 мкм | 0,001–0,1 мкм | 1–100 мкм |

| Допустимая вязкость | Подходит для высоковязких жидкостей | Подходит для низковязких жидкостей | Подходит для средневязких жидкостей |

| Эксплуатационные расходы | Низкие | Высокие | Высокие |

| Сложность обслуживания | Низкие | Высокие (легко загрязняется) | Средняя (требуется регулярная очистка) |

В производстве ферментов, лимонной кислоты и других видах биоферментации диатомитовые фильтрующие добавки по-прежнему доминируют благодаря своей экономической эффективности и высокой адаптивности.

5. Тенденции будущего развития

В связи с ужесточением экологических норм и модернизацией технологических процессов, направления дальнейшего развития диатомитовых фильтрующих добавок включают:

Нанодиатомит: увеличивает удельную площадь поверхности, повышает адсорбционную способность и подходит для высокочистых продуктов (например, ферментных препаратов фармацевтического класса).

Композитные фильтрующие добавки: в сочетании с активированным углем, перлитом и т. д. повышает эффективность обесцвечивания и удаления примесей.

Экологичные технологии регенерации: разработка низкоэнергетических процессов регенерации для сокращения выбросов отходов диатомита.

6. Заключение

Диатомитовые фильтрующие добавки играют ключевую роль в производстве ферментных препаратов, лимонной кислоты, альгинатов, желатина и диоксида титана благодаря своим превосходным фильтрационным характеристикам и экономичности. В будущем, благодаря технологическим инновациям и оптимизации процессов, область применения диатомитовых фильтрующих добавок будет расширяться, обеспечивая более эффективные решения для производства высокочистой продукции.