二聚脂肪酸脫色技術研究進展

劉 霞，石會龍

(中國石油大學勝利學院 化學工程學院，山東 東營 257100)

二聚脂肪酸是指十八碳不飽和單羧酸的二聚體，其原料主要有妥爾油酸、大豆油酸、棉籽油酸、菜籽油酸等。作為一種重要的化工原料，二聚酸廣泛應用于聚酰胺樹脂合成、環氧樹脂改性劑和油墨、燃料油、潤滑油添加劑等領域，且應用領域不斷擴大，已成為現代工業不可缺少的重要原材料[1]。我國二聚酸生產始于20世紀90年代，目前大部分二聚酸企業生產技術落后造成二聚酸產品存在色澤過高的問題，二聚酸產品需進行脫色處理后，方能滿足市場對高品質二聚酸的要求[2]。本文分析了目前常用的物理脫色法、化學脫色法以及新型脫色技術等二聚酸脫色處理工藝的優缺點，探討了二聚酸脫色處理工藝的發展方向，為二聚酸的脫色精制提供了思路和參考[3]。

1 二聚酸色澤過高的原因及危害

1.1 二聚酸色澤過高的原因

目前，二聚酸色澤過高的原因主要有三個：一是原料中的天然有機色素。二聚酸原料主要包括妥爾油酸、大豆油酸、棉籽油酸和菜籽油酸等，一些油酸原料含有天然有機色素，如胡蘿卜素、葉黃素和棉酚。這些天然有機色素通常是油溶性的，可導致二聚酸呈紅色、黃色和棕色[4]。其次，二聚酸中的有色降解產物。在二聚酸儲存和運輸過程中，會出現發熱、霉變等現象，這會導致蛋白質、糖類和磷脂的降解，使二聚酸呈棕色。第三，色素在生產和運輸過程中混入。大多數二聚酸生產設備、儲罐、泵和管道都是由金屬制成的。在二聚酸生產和運輸過程中，一些有色金屬離子，如鐵離子、亞鐵離子、銅離子，不可避免地會混入。有色金屬離子的混入不僅可以直接加速二聚酸的色澤，還能起到催化二聚酸氧化的作用，導致氧化速度更快，顏色更深[5]。

1.2 二聚酸色澤過高的危害

二聚酸色澤過高主要有以下危害：一是色澤過高會影響產品外觀，不利于二聚酸產品的后續銷售；其次，二聚酸色澤過高的根本原因是含有色素雜質，色素雜質的存在往往會降低二聚酸的儲存穩定性，導致其氧化分解并減少二聚酸產品的有效組分；第三，二聚酸中色素雜質的存在會影響其最終的物理化學性質，使其無法滿足如高檔聚酰胺樹脂等高端領域的應用要求[6]。

2 二聚酸脫色工藝

2.1 物理脫色法

物理脫色法主要通過添加活性炭、凹凸棒石、沸石等具有較強吸附能力的吸附劑，在一定的工藝條件下吸附二聚酸中的色素和其他雜質，然后通過過濾除去吸附劑和雜質，達到二聚酸脫色和純化的目的。

2.1.1 活性炭

活性炭是通過炭化富含碳的有機材料(如煤、樹木、果殼)然后活化而制成的。活性炭具有豐富的孔道結構，比表面積可以達到200～1000m2/g，具有很強的脫色能力，可以吸附高分子物質，對除去二聚酸中的綠色和紅色色素效果良好。此外，活性炭對氣體、多環芳烴和農藥殘留物也具有很強的吸附能力，并且在脫色后不會給二聚酸帶來異味。然而，活性炭吸油率較高，脫色后過濾速度較慢，特別是其昂貴的價格限制了它的使用。作為吸附劑，活性炭通常與活性白土混合使用，混合比例通常為1∶10～20，復合吸附劑顯著提高了脫色效率，還可以除去白土土腥味[7]。

2.1.2 凹凸棒土

凹凸棒石是富含鎂的纖維狀礦石，是一種具有青灰色的細土壤。其主要成分是二氧化硅，含量高達50.28%，主要優點是脫色效果好。與活性白土相比，其使用量小、吸油率低、價格便宜，但其存在過濾性能差的缺點。因此，當使用凹凸棒石作為吸附劑時，吸附劑的粒度應適當地粗化，以確保通過過濾脫色后二聚酸的質量。

2.1.3 沸石

沸石是近年來因其使用價值而被認可的吸附劑。其由天然斜發沸石礦床制成，通過采礦、篩選、碾磨和篩分生產。主要化學組成是二氧化硅(68.52%)，然后是氧化鋁(11.59%)。沸石對二聚酸具有良好的脫色效果。 它還可以在脫色過程中降低產品的酸值和水分，具有良好的耐酸性和熱穩定性，并且來源廣泛。其價格比活性白土便宜且無毒，是二聚酸吸附脫色劑的新型開發材料[8]。

吸附劑是影響二聚酸脫色效果的最重要因素。不同種類的吸附劑各有特色，只有針對二聚酸脫色的具體要求才能合理地選擇吸附劑，才能最經濟地獲得最佳的脫色效果。

2.2 化學脫色法

化學脫色法主要通過化學試劑降低或去除色素的色度。化學脫色劑通常分為氧化性脫色劑和還原性脫色劑。

2.2.1 氧化性脫色劑

氯氣具有很強的氧化能力，常用于造紙過程的脫色和增白。將氯氣引入氫氧化鈉溶液中可得次氯酸鈉溶液，將氯氣引入石灰粉中可獲得次氯酸鈣的固體粉末。次氯酸鹽可用于二聚酸的脫色過程；自20世紀初以來，過氧化氫已被用作工業中的脫色劑，目前過氧化氫仍然是最常用的脫色劑之一，工業使用過氧化氫含量通常為27.5%，其對二聚酸具有良好的脫色效果；過氧化苯甲酰(C14H10O4)是一種白色結晶、無味、輕微苯甲醛類氧化劑，其微溶于水、微溶于乙醇，是一種強氧化性的危險高活性氧化物，受到加熱、沖擊和摩擦會發生爆炸，其強氧化性能具有漂白和殺菌作用，也可用于二聚酸的氧化脫色[9]。

2.2.2 還原性脫色劑

連二亞硫酸鈉(Na2S2O4)是一種強還原劑，可以將羰基和巰基還原成醇基和酚基，從而破壞發色團，一般用于食用油、羊毛、絲綢的脫色等，也可用于二聚酸脫色；羥基甲亞磺酸鈉比連二亞硫酸鈉更穩定，用于皂、明膠和脂肪酸的脫色；甲醛次硫酸氫鈉(NaH-SO2·CH2O·2H2O)是亞硫酸氫鈉與甲醛的加成產物，為白色塊狀或白色結晶粉末，常用于油脂合成橡膠的脫色和漂白，對二聚酸也具有良好的脫色效果[10]。

化學脫色是一種非常適合脫色生產的工藝技術，但一些脫色方法只能為人們提供解決問題的參考。在實際生產中，需要不斷探索具體的脫色工藝，綜合考慮生產成本，總結經驗，才能真正達到精制脫色的目的。

2.3 新型脫色技術

2.3.1 超聲波輔助脫色法

超聲波是具有定向、反射和透射的彈性波，其通常用于材料檢測分析。超聲波超聲空化可以產生瞬態高溫、高壓和微射流，使催化劑表面暴露出更多高反應性的基團，從而加速化學反應。因此，近年來許多學者將超聲波技術與吸附劑結合起來研究脫色技術，其使用的吸附劑較少、耗時較少、溫度較低、更綠色節能。Abedi等人在以脫色率為評價指標的基礎上，優化了大豆油的超聲波輔助脫色條件(超聲功率、吸附劑類型、超聲溫度和時間)，發現超聲功率越大，脫色效果越好。超聲波功率在340W左右時，脫色率達74.44%，胡蘿卜素和葉綠素含量分別降低了81.19%和94.66%，但由于超聲功率的增加，大豆油中的生育酚和甾醇等有益成分減少。上述討論表明，在一定程度上，超聲波不僅可用于處理吸附劑以激活其性能，而且還可能是吸附劑對油脂脫色的新替代方案[11]。

2.3.2 光能脫色法

光能脫色是一種利用色素的光敏性，通過光能對發色基團的作用進行脫色的脫色方法。二聚酸中含有的天然色素(如：類胡蘿卜素、葉黃素等)，結構中的烴基是高度不飽和的，大多數為類異戊二烯單體的共軛烴基，能吸收可見光或近紫外光，使雙鍵氧化，導致發色團的結構破壞而褪色[12]。用于光能脫色的方法和設備相對簡單，并且二聚酸通常是通過透光管循環，通過太陽光或特定波長光源輻射而脫色。脫色過程中，二聚酸單位受光面積越大越好較大，覆蓋物可以用能透過紫外線的特殊玻璃、塑料薄膜或油紙制成。為了避免二聚酸的氧化，應將輻射源的波長控制在3000～5000?的有效脫色范圍內。光能脫色的缺點是它會引起二聚酸的光氧化，從而造成二聚酸產品氧化酸敗[13]。

2.3.3 膜脫色法

膜分離技術是一種新型高效的分離技術，主要利用膜的選擇透過性分離混合物，達到凈化富集的效果。目前，膜技術在二聚酸脫色應用方面也取得了很大進展，可以分離和去除一些膠體、游離脂肪酸和色素物質，從而達到脫膠、脫酸和脫色的效果[14]。膜技術應用于二聚酸精制工藝，不僅操作簡單、效率高，而且簡化了工藝，降低了能耗[15]。

隨著科學技術的進步，新型二聚酸脫色技術的脫色效果與傳統的脫色方法相比取得了顯著進步，同時更加環保、符合當前的綠色發展前景，但是成本高、硬件設備制造難度大阻礙了新脫色技術的應用。

3 結論及展望

二聚酸粘度較大、流動性差，且大部分色素雜質為油溶性、難以脫除，而色素雜質的存在不僅會影響其產品銷售，還會使二聚酸產品理化性質變差，無法滿足高端領域的應用要求，所以二聚酸脫色精制勢在必行，為了更加經濟高效地對二聚酸進行脫色處理，且盡量不減少其有效組分，建議二聚酸脫色注重以下幾方面研究：

(1)活性炭、凹凸棒土、沸石等單一吸附劑物理吸附脫色法對二聚酸脫色效果較差，物理吸附脫色法應該注重多種吸附劑共同配合使用的復合吸附脫色。

(2)化學脫色法，尤其是化學氧化脫色對二聚酸的脫色效率較高，應該重點研究過氧化氫等氧化劑在二聚酸脫色過程中的應用，但需要注意化學脫色對產品本身質量的影響。

(3)新型脫色方法應用于二聚酸脫色過程，應該注重新型脫色方法與傳統脫色方法的結合，降低新型脫色方法的使用成本。

(4)應重點研究二聚酸色澤過高的根本原因，從源頭上減少色素混入，并且控制好二聚酸產品的生產儲運條件，降低二聚酸氧化分解程度，進而有效防止其色澤過高。