絮凝脱色由于操作简单、成本低、处理量大，已经成为一种常用澄清脱色方法广泛应用于废水处理、甘蔗汁的澄清脱色等领域。常用的絮凝剂主要有无机聚合物絮凝剂、有机高分子絮凝剂和复合絮凝剂，目前对絮凝脱色的研究主要集中在新型高效絮凝剂的制备以及如何提高现有絮凝剂的絮凝脱色效果上。有机高分子絮凝剂絮凝脱色的原理主要是利用絮凝剂上的带正电荷的基团与带负电荷的色素、胶体等电中和而形成絮凝分离，而有机高分子絮凝剂黏度大，在水中的流动性较差，影响了絮凝剂和色素的相互接触，从而使絮凝剂的絮凝效果不能充分发挥。
超声波在液体中传播时，会产生空化作用，从而引起湍动效应、微扰效应、界面效应和聚能效应等，由于这些效应的存在，为化工生产提供了一种特殊的环境。目前超声波在化工中的应用主要集中在：
(1)改变和控制化学反应历程。将超声波在溶液中传播时产生的各种效应应用于化学反应中形成了一种新的交叉学科———声化学。超声波在有机合成、高分子化合物的聚合与降解[4-5]、纳米材料的制备、电化学等领域应用很多。
(2)强化化工分离过程。超声波能强化萃取、结晶、沉淀、过滤、干燥脱水、膜分离等[8-11]，提高分离效率。超声波所产生的各种效应对絮凝脱色是否有影响，相关研究未见报道。本文以壳聚糖、聚合氯化铝为回溶糖浆的絮凝脱色剂研究了超声波对絮凝脱色的影响。
1材料与方法
1.1实验材料与仪器
氢氧化钠、冰醋酸、浓盐酸：国产分析纯试剂；孔径0.45μm滤膜：上海兴亚净化材料厂；壳聚糖：脱乙酰度为82%，工业级，湖北宜昌东恒嘉生物技术公司；聚合氯化铝：工业级，焦作化电集团红津化工有限公司；黄砂糖：市售。JY88—Ⅱ超声波细胞粉碎机：上海新芝生物技术研究所；PHS—25型酸度计：上海雷磁仪器厂；722S光栅分光光度计：上海科学精密仪器有限公司；2WAJ改型阿贝折光仪：上海物理光学仪器厂；电热恒温水浴锅；循环式真空泵；电子分析天平；针筒过滤器。
醋酸壳聚糖溶液的配制：称取2.50g的冰醋酸用蒸馏水溶解后定容于500mL的容量瓶中，得0.5%的醋酸溶液。称取0.450g的壳聚糖，用0.5%的醋酸溶液溶解后定容于100mL容量瓶中。聚合氯化铝溶液的配制：称取9.00g聚合氯化铝，用蒸馏水溶解后定容于1000mL容量瓶中。壳聚糖-聚合氯化铝复合絮凝剂的配制：将上述醋酸壳聚糖溶液和聚合氯化铝溶液按1∶1的体积比混合，搅拌陈化6h备用。
1.2实验方法
1.2.1色值的测定
经脱色处理前后的糖浆的色值(IU560)按文献的方法测定。脱色率T按下式计算：
1.2.2糖浆脱色处理准确称取60.0g的赤沙糖，用蒸馏水溶解后，定容于500mL的容量瓶，得回溶糖浆。取150mL回溶糖浆放入250mL锥形瓶，用水浴加热至50℃，然后加入絮凝剂，摇匀，用0.5mol/LNaOH和0.5mol/LHCl溶液将混合溶液调节到所需的pH值，再将其放入50℃的水浴锅中，水浴4min。
调节超声波仪器的各项参数，将超声波发生器的变幅杆探头插入糖浆混合液的中部，在超声作用下继续进行絮凝脱色。
将絮凝脱色后的糖浆倒入柱塞量筒沉降后测定其脱色率。
2实验结果与讨论
2.1超声波对壳聚糖絮凝脱色性能的影响按1.2.2的实验步骤，壳聚糖絮凝剂的加入量为10mL，絮凝时溶液pH为6.2，调节超声波的占空比为1∶1，超声功率分别为0、50、100、150、200、250W，超声时间分别为3、5、7、9min，测得脱色率在不同超声功率下随超声时间变化曲线见图1。
由图1可以看出：
(1)超声波能提高壳聚糖对糖浆的脱色能力，脱色率随超声功率的增大而增大，但当功率超过200W后，脱色率增加的幅度减小；
(2)在一定的超声作用时间内，脱色率随时间的增加而增加，继续增加超声时间，脱色率反而会随时间的增加而降低，功率不同最佳作用时间也不同，多数情况下，超声作用时间为7min时脱色率达最大值。
壳聚糖是由D-氨基葡萄糖和适量的N-乙酰-D-氨基葡萄糖以-β(1，4)糖苷键连接而组成的。在水溶液中，氨基和质子结合使其带正电荷，其分子链上的正电荷对糖溶液中表面带负电荷的胶体粒子以及带负电荷的色素具有强烈的吸附作用，被中和了表面电荷的胶体粒子和壳聚糖会逐渐凝聚成大絮凝体而沉降，从而达到脱色效果。但壳聚糖是一种天然高分子多糖，溶解度低，其溶液黏度大，在水中的流动性差，并且壳聚糖具有非常复杂的螺旋结构，其分子基团存在相互作用的可能，因而常规的使用方法并未完全发挥其功能。超声波的加入，由于其空化作用，能够降低壳聚糖以及糖溶液的黏度，增加壳聚糖分子在糖溶液中的流动性，增加絮凝剂和色素的接触机会，同时超声波还可以提高壳聚糖分子能量，活化反应物分子，减少壳聚糖分子之间的相互作用，使更多的活性基团参与絮凝脱色，从而提高絮凝脱色效果。因此，当超声波的功率较小时，脱色效果增加不明显；随着超声功率的增大脱色率也增大，但当功率超过200W后，脱色率增加的幅度减小，这说明壳聚糖脱色能力的发挥已接近最大值，再增大功率脱色率也无法再提高。
超声波作用时间对脱色率的影响与超声功率对脱色率的影响规律基本相似，在一定的超声作用时间内，超声时间增加，壳聚糖脱色能力的发挥程度也越大，脱色率增加，但长时间的超声波作用会导致：
(1)超声波的强烈震荡会使部分已被壳聚糖吸附的杂质从絮凝体中脱落下来，使其脱色效果减弱；
(2)壳聚糖发生降解，变成分子量较小的壳聚糖单体，使壳聚糖的“搭桥"作用减弱，絮凝能力降低，从而影响脱色效果。因此当超声作用时间增大到一定程度后，再增加超声时间，脱色率反而会随时间的增加而降低。
2.2超声波对聚合氯化铝絮凝脱色性能的影响
按1.2.2的实验步骤，聚合氯化铝絮凝剂的加入量为10mL，絮凝时溶液pH为6.2，超声波的占空比为1∶1，超声功率分别为0、50、100、150、200、250W，超声时间分别为3、5、7min，测得脱色率在不同超声功率下随超声时间变化曲线见图2。
由图2可知：超声波的加入使聚合氯化铝对糖浆的脱色率降低，并且随着超声作用时间的增加，脱色率有逐渐降低的趋势，而功率的大小对脱色率的影响并无规律。聚合氯化铝在水中水解-聚合形成一些不同聚合度的聚合阳离子，对糖浆中的胶体色素等具有以下作用：
(1)对糖浆中胶体颗粒进行电中和，使其脱稳而凝聚；
(2)对已凝聚的次生粗大颗粒进行吸附架桥而絮凝；
(3)对糖浆中带负电荷的色素吸附和络合而除去。聚合氯化铝絮凝能力取决于Al(Ⅲ)盐水解-聚合产物中多聚体的表面结构特征。超声波的加入对聚合氯化铝在水中水解-聚合以及絮凝会产生以下影响：
(1)降低聚合阳离子的表面Zeta电位，增加聚合阳离子之间的碰撞机会，加速聚合阳离子聚沉，从而降低聚合氯化铝对胶体和色素的吸附能力，因而超声波的加入会使聚合氯化铝对糖浆的脱色率降低；
(2)超声波的强烈振荡会破坏聚合阳离子对已凝聚的次生粗大颗粒的吸附架桥作用；
(3)聚合氯化铝絮凝体比较松散﹑不够紧密，在超声波的强烈震荡下被粉碎，被吸附的色素又重新回到糖浆中，因而超声波作用时间越长，其脱色率会越低。
2.3超声波对壳聚糖—聚合氯化铝复合絮凝剂脱色性能的影响
按1.2.2的实验步骤，壳聚糖—聚合氯化铝复合絮凝剂的加入量为10mL，絮凝时溶液pH为6.2，超声波的占空比为1∶1，超声时间分别为3、5、7、9min，超声功率分别为0、50、100、150、200、250W，测得脱色率在不同超声功率下随超声作用时间变化的曲线见图3。
由图3可知：
(1)超声波能提高壳聚糖—聚合氯化铝复合絮凝剂对糖浆的脱色能力，超声波功率增大脱色率提高的幅度也增大，但当功率超过150W后，脱色率增加不明显；
(2)在5min以内，脱色率随时间的变化不大，超过5min再增加超声波作用时间，脱色率会随时间的增加而降低，继续增加超声波作用时间，脱色率会低于无超声波作用时的脱色率。
聚合氯化铝具有较强的吸附及电中和能力，但其分子量相对较低，在澄清过程中实现胶体颗粒间黏结架桥的能力较差，因而用量较大，而且它所形成的絮凝物细小、松散，体积大，沉降速度慢，絮凝物处理较难。而壳聚糖则是阳离子的高分子化合物，具有较高的分子量和长链分子结构，具有很强的颗粒间黏结架桥能力，但其电荷密度相对较低，电中和能力相对较弱，同时原料成本也较高。将壳聚糖和聚合氯化铝复合使用，既能充分发挥聚合氯化铝的吸附及电中和作用，又能充分发挥壳聚糖的黏结架桥作用，从而避免了两者单独使用的不足。超声波虽能降低聚合氯化铝水解产物聚合阳离子的表面Zeta电位，但由于壳聚糖的黏结架桥作用的存在，聚合阳离子之间发生碰撞聚沉的机会并没有增加，因而在超声波作用的初期，对壳聚糖的影响占主导地位，因而当超声波作用时间不长时，能较大幅度地提高壳聚糖—聚合氯化铝复合絮凝剂的脱色率；随着超声波作用时间的增长，超声波对壳聚糖和聚合氯化铝的负作用同时显现出来，因而其脱色率下降的时间要早于单独使用壳聚糖时脱色率开始下降的时间。
3结束语
超声波对不同的絮凝剂有着不同的作用效果，超声波作用可提高壳聚糖、壳聚糖—聚合氯化铝复合絮凝剂对回溶糖浆的脱色率；而对于聚合氯化铝，超声波作用会使其对回溶糖浆的脱色率降低。
超声波功率增大，壳聚糖、壳聚糖—聚合氯化铝复合絮凝剂对回溶糖浆的脱色率增大，但超过一定功率后，再增大功率，脱色率提高不明显。长时间的超声作用对絮凝脱色会产生不利影响。在一定的超声作用时间内，壳聚糖对回溶糖浆的脱色率随时间的增加而增加，超过一定时间后，再增加超声时间，脱色率反而会随时间的增加而降低；在一定的超声作用内，壳聚糖—聚合氯化铝复合絮凝剂对回溶糖浆的脱色率随时间的变化不大，超过一定时间后，再增加超声波作用时间，脱色率会随时间的增加而降低。
絮凝脱色是一种经济有效的脱色方法，已在很多方面得到了应用，但絮凝脱色剂的种类很多，本文的研究为如何提高絮凝脱色效果提出了一种新的解决途径，随着研究的深入，超声波在絮凝脱色方面会发挥更大的作用。
