Pourquoi les caractéristiques techniques du charbon actif ne suffisent pas à elles seules à prédire les performances de décoloration du sirop de sucre
Deux charbons actifs peuvent présenter des valeurs similaires sur une fiche technique tout en se comportant différemment dans un même sirop de sucre.
En effet, La décoloration du sirop de sucre n'est pas contrôlée par un seul paramètre lié au charbon actif.. L'indice d'iode, l'adsorption du bleu de méthylène, la surface spécifique, la teneur en cendres et le pH constituent des outils de sélection utiles, mais aucun d'entre eux ne reflète l'ensemble des interactions entre le carbone, les pigments et le processus de raffinage proprement dit.
Pour les raffineurs de sucre et les transformateurs de sirop, la question la plus pertinente n’est donc pas simplement “ Quel carbone présente les meilleures caractéristiques ? ”, mais “ Quel type de carbone offre les meilleures performances dans les conditions réelles de notre procédé ? ”
Ce qu'une fiche technique sur le charbon actif peut — et ne peut pas — vous révéler
Une fiche technique (TDS) ou un certificat d'analyse (COA) est indispensable pour comparer les différentes qualités de charbon actif. Il permet de vérifier l'uniformité du produit, ses indicateurs d'adsorption, sa pureté et ses propriétés physiques.
Toutefois, ces valeurs doivent être utilisées comme paramètres de sélection plutôt que comme une prévision directe des performances de décoloration du sirop.
| Paramètre | Ce que cela permet d'indiquer | Ce qu'il ne vous dit pas tout seul |
|---|---|---|
| Adsorption du bleu de méthylène | Indication utile de la capacité d'adsorption vis-à-vis de molécules sondes relativement plus grosses | Élimination effective des pigments de couleur spécifiques présents dans votre sirop |
| Indice d'iode | Indicateur courant associé au développement des micropores | Performances par rapport à tous les autres colorants pour sirop de plus grande taille |
| Surface BET | Surface totale accessible, mesurée selon une méthode d'essai définie | Que cette surface soit répartie dans des pores accessibles aux impuretés cibles |
| pH | Chimie des surfaces et compatibilité éventuelle avec les procédés | Capacité d'adsorption globale ou qualité du sirop fini |
| Cendre | Indication générale concernant les résidus inorganiques | L'identification et l'extractibilité de chaque composant minéral |
| Taille des particules | Caractéristiques hydrauliques liées au contact, à la manipulation, à la filtration ou au lit fixe | La chimie de l'adsorption en soi |
Si vous examinez la documentation d'un fournisseur, notre Guide relatif au certificat d'analyse (COA) du charbon actif explique comment ces paramètres doivent être interprétés avant un essai clinique.
1. La couleur du sucre est un mélange, et non une molécule unique
Les flux de sucre et de sirop peuvent contenir un mélange complexe de pigments naturels et de composés formés au cours de la transformation, notamment des substances polyphénoliques, des composés de type caramel, des mélanoïdines et d'autres précurseurs de couleur.
Ces composés ne présentent pas tous la même taille moléculaire, la même polarité ni la même affinité pour la surface du charbon. Un essai d'adsorption en laboratoire basé sur une seule molécule sonde ne reflète donc qu'une partie du comportement d'adsorption susceptible de se produire dans un sirop réel.
C'est pourquoi deux charbons présentant des valeurs d'adsorption nominales similaires peuvent néanmoins donner des résultats différents lorsqu'ils sont testés sur un flux de procédé réel.
2. La répartition des pores est plus importante que la seule valeur de la surface spécifique
Le charbon actif comporte des pores de différentes tailles. Ce qui importe pour la décoloration, ce n'est pas simplement la surface totale disponible, mais le fait que le réseau de pores soit accessible aux impuretés à éliminer.
Les recherches menées sur le charbon actif utilisé pour la décoloration du sucre ont montré que les propriétés physiques et chimiques de sa surface influencent toutes deux ses performances. Dans le cas du charbon granulaire, la structure développée des mésopores et des macropores peut jouer un rôle important lors du traitement des pigments colorés relativement complexes présents dans les flux de sucre.
C'est également pour cette raison qu'il ne faut pas automatiquement considérer qu'un charbon conçu principalement pour l'adsorption de petites molécules est le meilleur pour la décoloration, simplement parce qu'il présente un indice d'iode élevé ou une grande surface spécifique BET.
3. Le bleu de méthylène est utile — mais il ne s'agit toujours que d'un paramètre de dépistage
L'adsorption du bleu de méthylène est particulièrement utile pour comparer des charbons actifs en poudre destinés à la décoloration, car elle fournit des informations sur l'adsorption d'une molécule-sonde plus volumineuse que l'iode.
Par exemple, celui de Purestar Charbon actif en poudre à base de bois LPF est actuellement proposé en trois niveaux publiés :
- F-14 : Bleu de méthylène > 210 mg/g
- F-16 : Bleu de méthylène > 240 mg/g
- F-18 : Bleu de méthylène > 270 mg/g
Ces valeurs constituent un moyen utile de distinguer les différentes qualités avant de procéder aux essais. Elles ne doivent toutefois pas être interprétées comme une prédiction directe selon laquelle la variété F-18 produira toujours un résultat proportionnellement meilleur en termes de couleur du sucre que les variétés F-14 ou F-16.
Si un grade de spécification inférieur permet déjà d'atteindre l'objectif de traitement requis à un dosage et à un débit de filtration acceptables, l'indice d'adsorption plus élevé obtenu en laboratoire peut ne pas offrir d'avantage opérationnel significatif.
4. La chimie de surface et le pH peuvent modifier la réponse du procédé
Les charbons actifs obtenus à partir de différentes matières premières et selon différents procédés d'activation peuvent présenter des propriétés chimiques de surface différentes.
Dans le domaine de la transformation du sucre, la compatibilité du pH mérite une attention particulière, car l'étape de traitement doit permettre d'éliminer la couleur indésirable sans altérer inutilement la composition chimique du sirop.
La série LPF de Purestar, par exemple, présente une plage de pH indiquée comprise entre 2 et 5, tandis que la Carbone en poudre à base de bois FHM est obtenu par activation physique à la vapeur et se présente comme une solution au pH neutre.
Cela ne signifie pas pour autant que le charbon acide ou neutre soit systématiquement supérieur. Cela signifie simplement que le charbon doit être évalué en fonction des exigences de pH du procédé concerné et du produit fini.
5. Un même carbone peut présenter des comportements différents selon les conditions de traitement
Les performances du charbon actif dépendent également des conditions d'exploitation du système de traitement.
- Posologie : détermine la capacité d'adsorption dont dispose le sirop.
- Durée du cours : influe sur la capacité des composés colorés à se diffuser dans la structure poreuse.
- Température : influe sur la viscosité du sirop et son comportement d'adsorption.
- Viscosité : peut influencer le transfert de masse et la facilité avec laquelle les impuretés atteignent la surface du carbone.
- Mixage : influe sur le contact entre le carbone en poudre et le liquide.
C'est pourquoi la comparaison de deux charbons actifs dans des conditions de laboratoire différentes peut conduire à des conclusions trompeuses. Pour qu'une comparaison soit pertinente, il convient de maintenir autant que possible la cohérence entre les lots de sirop, le dosage, la température, le mélange et le temps de contact.
6. Pour le carbone en poudre, la filtration fait partie intégrante des performances
Le charbon actif en poudre permet certes d'adsorber efficacement la couleur, mais il doit tout de même être séparé du sirop après le traitement.
La distribution granulométrique, le matériau filtrant, la viscosité du sirop et le comportement du gâteau de filtration peuvent influencer la durée de filtration et le rendement de production. Un charbon qui présente une valeur d'adsorption intéressante en laboratoire mais qui rend la séparation difficile peut ne pas offrir le meilleur résultat global en production.
C'est pourquoi un essai de décoloration du sirop doit permettre de consigner à la fois rendu des couleurs et comportement de filtration.
7. Il ne faut pas comparer de la même manière le charbon en poudre et le charbon en granulés
Le type de carbone influe également sur les caractéristiques techniques les plus importantes.
| Facteur | Charbon actif en poudre | Charbon actif granulaire |
|---|---|---|
| Processus type | Dosage, contact et filtration | Lit fixe continu ou semi-continu |
| Facteurs importants influant sur les performances | Décoloration, dosage, pH, dispersion et filtration | Adsorption, granulométrie, dureté, hydraulique du lit et cycle d'exploitation |
| Résistance mécanique | Généralement moins prédominant que dans un lit fixe | Remarque importante concernant la manipulation et l'utilisation répétée du lit |
| Méthode d'évaluation | Les essais en laboratoire avec du sirop réel sont particulièrement utiles | Il faut également tenir compte des conditions du procédé et du lit |
Les produits LPF et FHM de Purestar sont des solutions à base de bois sous forme de poudre destinées à l'évaluation de la décoloration par lots. Pour le traitement en lit fixe, Charbon actif granulé à base de charbon DC 830 et DC 1240 proposer un autre procédé de fabrication, avec des indices d'iode publiés supérieurs à 950 mg/g, des indices de bleu de méthylène supérieurs à 160 mg/g et une résistance à l'écrasement supérieure à 90%.
Pour en savoir plus sur l'application dans son ensemble, rendez-vous sur notre Décoloration du sucre et des sirops page.
Une meilleure méthode pour comparer les charbons actifs destinés au sirop de sucre
La fiche technique doit servir à présélectionner les candidats. La comparaison finale doit ensuite s'appuyer sur un essai contrôlé réalisé avec le liquide de process réel.
| Élément d'essai | Pourquoi l'enregistrer ? |
|---|---|
| Couleur initiale et finale | Indique si l'objectif de décoloration requis est atteint |
| Dosage du carbone | Permet de comparer les performances sur la base d'un traitement équitable |
| pH avant et après | Vérifie la compatibilité avec la chimie du procédé |
| Température | Garantit que chaque émission de carbone soit évaluée dans des conditions comparables |
| Durée du contact | Détermine la durée d'adsorption disponible |
| Durée de filtration | Met en évidence les différences éventuelles dans le traitement en aval |
| Clarté finale | Vérifie s'il reste des fines de charbon ou des matières en suspension |
Utilisez le même lot de sirop, le même volume d'échantillon, la même température, la même procédure de mélange, le même temps de contact et la même méthode de filtration pour chaque charbon faisant l'objet de la comparaison. N'ajustez le dosage qu'après la première comparaison réalisée dans des conditions identiques.
Que devez-vous nous envoyer pour une évaluation de produit ?
Pour une recommandation initiale plus utile, veuillez indiquer :
- Type de sucre ou de sirop
- Niveau de couleur actuel et couleur cible
- Teneur actuelle en carbone, le cas échéant
- Posologie actuelle
- pH du procédé
- Température de traitement
- Durée du contact
- Procédé de filtration
- Procédé en phase pulvérulente ou à lit fixe
- Quantité requise et destination
Purestar peut alors identifier les qualités de poudre ou de granulés adaptées en vue d'une évaluation plus approfondie et fournir les fiches techniques (TDS) disponibles ainsi que les certificats d'analyse (COA) des échantillons.
Foire aux questions
Une valeur plus élevée de bleu de méthylène est-elle toujours synonyme d'une meilleure décoloration du sirop de sucre ?
Non. Le bleu de méthylène est utile pour sélectionner les charbons décolorants, mais les performances réelles face au sirop dépendent également de la distribution des pores, de la chimie de surface, du dosage, des conditions de contact et de la composition du sirop.
L'indice d'iode permet-il de prédire les performances de décoloration du sucre ?
L'indice d'iode fournit des informations utiles sur les caractéristiques d'adsorption du charbon actif, en particulier sur l'activité liée aux micropores, mais il ne doit pas être utilisé comme seul indicateur de l'élimination de la couleur du sucre.
La surface spécifique BET est-elle suffisante pour comparer les charbons décolorés ?
Non. La surface totale ne permet pas de déterminer comment cette surface est répartie entre les différentes tailles de pores, ni si les composés colorés cibles peuvent accéder efficacement à ces pores.
Pourquoi la filtration devrait-elle faire partie d'un essai sur le charbon en poudre ?
En effet, le charbon en poudre doit être éliminé après l'adsorption. La durée de filtration, le comportement du gâteau de filtration et la clarté finale peuvent avoir une incidence sur le débit de l'installation et doivent donc être évalués conjointement avec l'élimination de la couleur.
Dois-je choisir du charbon actif en poudre ou en granulés pour la transformation du sucre ?
Cela dépend principalement de la conception du procédé. Le charbon en poudre est généralement dosé dans le liquide puis filtré, tandis que le charbon granulé est adapté au traitement en lit fixe. Le choix initial doit s'appuyer sur l'équipement existant et le mode de fonctionnement.
