تخليق البوليول عن طريق الأسترة بالموجات فوق الصوتية

البوليولات هي استرات اصطناعية تنتج بشكل رئيسي عن طريق الأسترة التبادلية للدهون الثلاثية من الزيوت النباتية أو الدهون الحيوانية. هذه البوليولات هي مادة خام لإنتاج البولي يوريثان ومواد التشحيم الحيوية وغيرها من المواد الكيميائية. يستخدم الموجات فوق الصوتية لتعزيز تفاعلات transesterification من خلال تطبيق قوى القص الشديدة والطاقة الحرارية. توفر الموجات فوق الصوتية وآثارها الكيميائية طاقة التفاعل وتساعد على التغلب على قيود نقل الكتلة. وبالتالي ، فإن صوتنة يحسن بشكل كبير سرعة transesterification ، العائد ، والكفاءة الكلية.

الأسترة العابرة بمساعدة الموجات فوق الصوتية

تعد تفاعلات الأسترة العابرة واحدة من أهم طرق التوليف وتستخدم على نطاق واسع كتقنية فعالة لتحويل الزيوت النباتية إلى بدائل للمنتجات البترولية. سونو التوليف (أيضا التخليق سونوكيميائي ، وهو التخليق الكيميائي الذي يتم الترويج له عن طريق الموجات فوق الصوتية عالية الأداء) ، معروف جيدا بآثاره المفيدة على الأسترة العابرة وكذلك العمليات الكيميائية الأخرى.

تخليق البوليول المستدام من الزيوت النباتية باستخدام الموجات فوق الصوتية

الأحماض الدهنية المشتقة من النباتات ، أي الزيوت النباتية ، هي مادة خام متجددة ومتاحة على نطاق واسع ويمكن استخدامها لإعداد البوليولات الحيوية والبولي يوريثان. تطبيق الموجات فوق الصوتية الطاقة يخلق تأثيرات سونوكيميائية مواتية ، والتي تسرع بشكل كبير من التفاعل الحفاز للأسترة التبادلية. بالإضافة إلى ذلك ، يعزز صوتنة غلة البوليولات المركبة حيث تتغلب طاقة الخلط المكثفة للتجويف الصوتي على قيود نقل الكتلة. من المعروف جيدا أن تفاعلات الأسترة بالموجات فوق الصوتية تعمل بكفاءة مع انخفاض الكحول والمحفز كتفاعلات الأسترة العابرة التقليدية. هذا يؤدي إلى تحسين الكفاءة الكلية عن طريق الموجات فوق الصوتية.

التوليف بالموجات فوق الصوتية لزيوت التشحيم الحيوية القائمة على بنتايريثريتول إستر

يمكن تصنيع إستر بنتايريثريتول بكفاءة من زيت بذور اللفت عبر عملية سونوكيميائية من خطوتين كما هو موضح من قبل فريق البحث في Arumugam. في دراستهم التحسينية ، استخدم الباحثون الموجات فوق الصوتية Hielscher UP400St (انظر الصورة اليسرى). في أول عملية ترتنسية معززة بالموجات فوق الكيميائية ، يتفاعل زيت بذور اللفت مع الميثانول إلى إستر الميثيل. في خطوة الأسترة التبادلية الثانية، يتفاعل إستر الميثيل مع الزيلين وعامل حفاز لإستر بنتايريثريتول. ركز الباحث على تحسين معلمات العملية بالموجات فوق الصوتية من أجل تعزيز العائد والكفاءة الكلية لتوليف إستر بنتايريثريتول تحت الموجات فوق الصوتية. تم تحقيق إنتاجية محسنة بنسبة 81.4٪ من إستر بنتايريثريتول بنبضة فوق صوتية تبلغ 15 ثانية ، وسعة فوق صوتية تبلغ 60٪ ، وتركيز محفز بنسبة 1.5٪ ، ودرجة حرارة تفاعل تبلغ 100 درجة مئوية. لمراقبة الجودة ، تمت مقارنة إستر بنتايريثريتول المركب كيميائيا مع زيت الضاغط الاصطناعي. في الختام ، تشير الدراسة إلى أن عملية الأسترة المتتالية التي يتم الترويج لها بالموجات فوق الصوتية هي طريقة فعالة لاستبدال عملية الأسترة المتتالية التقليدية لتوليف مواد التشحيم الحيوية القائمة على إستر بنتايريثريتول. تتمثل المزايا الرئيسية لعملية الأسترة بالموجات فوق الصوتية في زيادة غلة إستر بنتايريثريتول ، ووقت رد فعل أقصر ودرجات حرارة تفاعل أقل بكثير. (راجع Arumugam et al. ، 2019)

تكثيف بالموجات فوق الصوتية على مرحلتين transesterification من زيت بذور اللفت إلى استر pentaerythritol.
(مقتبس من Arumugam et al. ، 2019)

استرات الأسيتال المشتقة من الخماسي عن طريق التوليف بالموجات فوق الصوتية

قام فريق البحث في Kurniawan بتصنيع ثلاثة استرات أسيتال مشتقة من الخماسي عبر طريقة سونوكيميائية باستخدام مبادئ الكيمياء الخضراء. تم استخدام Sonication لتعزيز خطوتين كيميائيتين:

1. أسترة حمض 9،10-ثنائي هيدروكسي أوكتاديكانويك
2. أستالة الألكيل 9،10-ثنائي هيدروكسي أوكتاديكانوات

من أجل إنتاج استرات الألكيل 9،10- ثنائي هيدروكسي ستيرات مطلوب خطوتين وتم الحصول على غلة 67-85 ٪. لتقييم الكفاءة ، تمت مقارنة طريقة sonochemical بتقنية الارتجاع التقليدية. علاوة على ذلك ، تم استخدام المحفزات الحمضية المتجانسة والصلبة ، وهي حمض الكبريتيك (H2SO4) ، والبنتونيت الطبيعي ، والبنتونيت H ، لتحديد تأثير وكفاءة المحفزات المختلفة. وقد وجد أن الأسترة الكيميائية للحمض المحفز بواسطة H-bentonite أعطت منتجات تصل إلى 70٪ في وقت تفاعل أقصر 3 مرات من طريقة الارتجاع ، وهو أمر رائع. قدمت خطوة الأسيتال النهائية مع n-pentanal في وجود H-bentonite باستخدام الموجات فوق الصوتية ثلاثة مشتقات ديوكسولان مشتقة من pentanal في غلة 69-85 ٪ ، وهي أعلى من الطريقة التقليدية. تتطلب طريقة الارتجاع وقت رد فعل أطول من طريقة سونوكيمياء لأن التوليف بالموجات فوق الصوتية يتطلب 10-30 دقيقة فقط. بالإضافة إلى وقت رد الفعل الأقصر بكثير تحت صوتنة ، تم الحصول على عائد ملحوظ من كل استر باستخدام طريقة سونوكيميائية.
حسب الباحث أيضا أن متطلبات الطاقة للتفاعل الكيميائي الصوتي أقل بحوالي 62 مرة من تلك الخاصة بالطريقة التقليدية. هذا يقلل من التكاليف وهو صديق للبيئة.
كشف فحص الخصائص الفيزيائية والكيميائية لكل منتج أن الميثيل 8- (2-بوتيل-5-أوكتيل-1،3-ديوكسولان-4-يل) أوكتانوات هو مادة تشحيم حيوية جديدة محتملة مع وظائف لتحل محل مواد التشحيم الشائعة. (راجع كورنياوان وآخرون ، 2021)

الأسترة العابرة لإسترات بنتايريثريل باستخدام الموجات فوق الصوتية

يمكن الحصول على استرات Pentaerythryl من الزيوت النباتية مثل عباد الشمس وبذر الكتان وزيت الجاتروفا. أظهر فريق البحث التابع لهاشم تخليق مواد التشحيم الحيوية عبر الأسترة المتتالية المحفزة بالقاعدة والتي تتضمن خطوتين للأسترة التبادلية. أظهروا جدوى التوليف باستخدام زيت عباد الشمس وبذر الكتان والجاتروفا. في الخطوة الأولى ، تم تحويل الزيوت إلى استرات الميثيل المقابلة. في العملية الثانية ، تم تحويل استرات الميثيل إلى استرات بنتايريثريل بفعل بنتايريثريتول كما هو موضح في المخطط التالي: (راجع هاشم وآخرون ، 2013)

بعد الأسترة التبادلية للزيت النباتي إلى إستر الميثيل ، يتم تحويل استرات الميثيل إلى استرات بنتايريثريل بفعل بنتايريثريتول كما هو موضح في المخطط أعلاه.
(راجع هاشم وآخرون ، 2013)

وقد ثبت علميا آثار تعزيز رد فعل كبير من ultrasonication على transesterification وبالفعل منذ عقود اعتمدت صناعيا. المثال الأبرز على tranesterification المحسن بالموجات فوق الصوتية هو تحويل الزيوت والدهون إلى استر ميثيل الأحماض الدهنية (FAME) ، والمعروف باسم وقود الديزل الحيوي.
اقرأ المزيد عن الأسترة بمساعدة الموجات فوق الصوتية للزيوت والدهون (النفايات) إلى وقود الديزل الحيوي!

مجسات ومفاعلات بالموجات فوق الصوتية للأسترة العابرة والتوليفات الكيميائية الأخرى

Hielscher الفوق صوتيات هو المتخصص الخاص بك عندما يتعلق الأمر بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء متطورة للتفاعلات سونوكيميائية. Hielscher تصميم، تصنيع، وتوزيع الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة وملحقاتها مثل تحقيقات (sonotrodes)، والمفاعلات، وخلايا التدفق في أي حجم، وتزود المختبرات الكيميائية وكذلك مرافق الإنتاج الكيميائي على نطاق صناعي. من أجهزة الموجات فوق الصوتية مختبر المدمجة إلى تحقيقات الموجات فوق الصوتية الصناعية والمفاعلات، Hielscher لديه نظام الموجات فوق الصوتية المثالي لعملية الخاص بك. مع خبرة طويلة في تطبيقات مثل sono-catalysis و sono-synthesis ، سيوصيك موظفونا المدربون جيدا بالإعداد الأنسب لمتطلباتك.
Hielscher الموجات فوق الصوتية بتصنيع أنظمة الموجات فوق الصوتية عالية الأداء من متانة عالية جدا وقادرة على تقديم موجات الموجات فوق الصوتية مكثفة منذ جميع الموجات فوق الصوتية الصناعية Hielscher يمكن أن تقدم السعات عالية جدا في التشغيل المستمر (24/7). لا تتطلب أنظمة الموجات فوق الصوتية القوية أي صيانة تقريبا وهي مصممة للتشغيل. هذا يجعل معدات الموجات فوق الصوتية Hielscher موثوقة للتطبيقات الثقيلة في ظل ظروف صعبة. سونوتروديس خاصة لدرجة الحرارة العالية أو المواد الكيميائية القاسية جدا متوفرة أيضا.
أعلى جودة – صمم وصنع في ألمانيا: تم تصميم جميع المعدات وتصنيعها في مقرنا الرئيسي في ألمانيا. قبل التسليم إلى العميل ، يتم اختبار كل جهاز بالموجات فوق الصوتية بعناية تحت الحمل الكامل. نحن نسعى جاهدين لتحقيق رضا العملاء ويتم تنظيم إنتاجنا لتحقيق أعلى معايير ضمان الجودة (على سبيل المثال ، شهادة ISO).

يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا: