Н. М. Агеева, д-р техн. наук, профессор;
В. Г. Андреева
Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства
Р. В. Дунец, канд. техн. наук, доцент
Кубанский государственный технологический университет
Ключевые слова: вино, бентониты, монтмориллониты, активация, емкость катионного обмена, микрофотографии
Key words: wine, bentonites, montmorillonites, activation, cation-exchange capacity, microphotographs
На отечественном рынке вспомогательных материалов реализуют большое количество глинистых минералов различных фирм-изготовителей Европы. Они характеризуются низкими технологическими дозировками, хорошей осветляющей и стабилизирующей способностями, однако их цена значительно выше, чем цена глинопорошков отечественного производства. Как правило, практически все импортируемые глинопорошки представляют собой активированные формы. Между тем в нашей стране еще в 80-90-е годы прошлого века разработаны и широко применяли в технологии виноделия способы активации суспензий глинистых минералов щелочами, солями металлов, сернистой кислотой, физическими воздействиями и пр. Среди перечисленных способов наибольшее применение нашел способ активации суспензий с помощью растворов сернистой кислоты [1].
Для получения активированного монтмориллонита с требуемыми свойствами большое значение имеет установление оптимальных условий проведения процесса, к которым относятся концентрация диоксида серы (сернистой кислоты) в суспензии минерала, продолжительность и температура химической обработки.
Результаты эксперимента показали, что прозрачность вина, характеризуемая величиной коэффициента светопропускания, зависела от концентрации SO2 в суспензии минерала. Статистическая обработка результатов позволила получить два равноценных по адекватности вида уравнений, аппроксимирующих зависимость I = f(CSO2): вид кривой параболы или логарифмическая парабола.
Для столового виноматериала белого:
для столового виноматериала красного:
где I — коэффициент светопреломления; С — концентрация диоксида серы в суспензии минерала.
Идентичный вид имела зависимость I = f(C ) для специальных SO2 вин: белых:
и красных:
Рис. 1. Микрофотографии природного (а, б) и активированного сернистой кислотой (в) Тарасовского монтмориллонита
Найденные с учетом погрешности оптимальные концентрации диоксида серы составили:
в столовых виноматериалах белых и красных соответственно — 682 и 860 мг/дм3;
в специальных виноматериалах белых и красных соответственно 1010 и 1068 мг/дм3.
Известно, что при кислотной активации ионы кальция, натрия и калия постепенно вытесняются из обменных позиций, затем растворяются окислы алюминия, магния и железа, входящие в октаэдрический слой минерала, что вызывает изменение емкости (Е) катионного обмена и, частично, структуры минерала.
С помощью электронного сканирующего микроскопа исследованы природный и активированный Тарасовские бентониты. На рис. 1 представлены электронные фотографии природного и активированного Тарасовского бентонита, наглядно свидетельствующие о существенном изменении структуры минерала в результате его кислотной активации. Так, частицы природного монтмориллонита имеют вид крупных и мелких чешуек в форме листовых агрегатов. Встречаются агрегаты с хлопьевидными очертаниями, складчатые образования. Видны частицы, отличающиеся по размерам и форме, объединенные в ультрамикроагрегаты и агрегаты со слабо- и высокоориентированным в микроблоки расположением.
Активация минерала сернистой кислотой привела к вымыванию части примесей, возможно, зерен кварца, слюдистых фрагментов и пр., вследствие чего структура минерала стала более однородной.
Проведенные эксперименты показали (табл. 1) зависимость значения Е от концентрации SO2 в суспензии и продолжительности активации. В качестве объектов исследования использовали монтмориллониты российских месторождений (Тарасовское и Константиновское).
Таблица 1
Примечание. Значение Е в природных минералах Тарасовского и Константиновского месторождений составило соответственно 780 и 664.
Рис. 2. Изменение емкости катионного обмена Тарасовского бентонита в зависимости от режима активации и концентрации SO2 в суспензии
Таблица 2
На рис. 2 представлены результаты статистической обработки зависимости емкости катионного обмена тарасовского бентонита от режимов активации — концентрации диоксида серы и продолжительности контакта суспензии с диоксидом серы. Аналогичная закономерность характерна и для константиновского бентонита с четко выраженными оптимумами, свидетельствующими о режимах активации минерала.
Концентрация диоксида серы — не более 1000 мг/дм3.
Установлено, что для достижения максимальной емкости катионного обмена исследуемых монтмориллонитов необходимы режимы: время обработки — не более 3 ч, по результатам исследований проведена математическая обработка (табл. 2) изменения емкости катионного обмена бентонитов Е (мг-экв/г) в зависимости от концентрации диоксида серы C (мг/дм3) и времени его обработки τ (ч).
Анализ уравнений регрессии показывает, что для достижения максимальной емкости катионного обмена бентонитов необходимо уменьшить время контакта τ и концентрацию диоксида серы C, что согласуется с экспериментальными данными.
Описанные примеры показали, что эффективность активации глин зависит от особенностей их кристаллического строения. Так, кислотная обработка палыгорскита и гидрослюды (минералы с жесткой кристаллической решеткой) не приводит к заметному изменению их свойств. В то же время у монтмориллонитов наблюдалось резкое увеличение сорбционной и стабилизирующей способностей, связанное с изменением их удельной поверхности частиц и пористости. Монтмориллониты, для которых характерен развитый изоморфизм в тетраэдрическом и октаэдрическом положениях, довольно сильно разрушаются под действием кислот. По-видимому, наличие дефектных октаэдров и тетраэдров облегчает проникновение протонов в структуру и растворение полуторных окислов и окиси магния. Между тем, минералы с минимальным числом точечных дефектов, обусловленных изоморфными замещениями в их структуре, обладают большей устойчивостью к действию кислот.
Выводы.
Таким образом, представленные экспериментальные материалы наглядно свидетельствуют о том, что для создания сорбентов с развитой пористостью желателен выбор минералов с расширяющейся кристаллической решеткой.
Список литературы
1. Агеева Н. М. Стабилизация виноградных вин: Теоретические аспекты и практические рекомендации/н. М. Агеева//Краснодар: Просвещение-Юг. 2007. 251с.
