تخليق البوليول عن طريق Transesterification بالموجات فوق الصوتية

البوليولات هي استرات اصطناعية تنتج بشكل رئيسي عن طريق ترانسسترة الدهون الثلاثية من الزيوت النباتية أو الدهون الحيوانية. هذه البوليولات هي مواد خام لإنتاج البولي يوريثين ومواد التشحيم الحيوية وغيرها من المواد الكيميائية. تستخدم الموجات فوق الصوتية لتعزيز تفاعلات الأسترة العابرة، وذلك من خلال تطبيق قوى القص المكثفة والطاقة الحرارية. توفر الموجات فوق الصوتية وآثارها الكيميائية الصوتية طاقة التفاعل وتساعد على التغلب على قيود نقل الكتلة. وبالتالي ، فإن الصوتنة تحسن بشكل كبير من سرعة الأسترة العابرة، والعائد، والكفاءة الإجمالية.

الترانستير 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. التوليف الصوتي (أيضا التوليف الكيميائي الصوتي ، وهو تخليق كيميائي يتم الترويج له عبر الموجات فوق الصوتية عالية الأداء) ، معروف جيدا بآثاره المفيدة على الاستر العابر 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 متاحة على نطاق واسع ومتجددة ويمكن استخدامها لإعداد البوليولات الحيوية والبولي يوريثين. تطبيق الموجات فوق الصوتية السلطة يخلق تأثيرات سونوكيميائية مواتية ، والتي تسرع بشكل كبير من التفاعل الحفاز للترانست. بالإضافة إلى ذلك ، تعزز الصوتنة إنتاجية البوليولات المركبة حيث تتغلب طاقة الخلط المكثفة للتجويف الصوتي على قيود نقل الكتلة. من المعروف جيدا أن تفاعلات الاستسترة بالموجات فوق الصوتية تعمل بكفاءة مع انخفاض الكحول والمحفز كتفاعلات ترانسترية تقليدية. هذا يؤدي إلى تحسين الكفاءة الإجمالية عن طريق الموجات فوق الصوتية.

التوليف بالموجات فوق الصوتية من مواد التشحيم الحيوية القائمة على بنتايريثريتول استر

يمكن تصنيع استر Pentaerythritol بكفاءة من زيت بذور اللفت عبر عملية كيميائية صوتية من خطوتين كما هو موضح من قبل فريق البحث في Arumugam. في دراسة التحسين الخاصة بهم ، استخدم الباحثون جهاز الموجات فوق الصوتية Hielscher UP400St (انظر الصورة إلى اليسار). في أول عملية تحويل للسترات يتم الترويج لها بالموجات فوق الكيميائية ، يتفاعل زيت بذور اللفت مع الميثانول مع ميثيل استر. في خطوة الاستسترة الثانية ، يتفاعل إستر الميثيل مع الزيلين ومحفز لإستر بنتايريثريتول. ركز الباحث على تحسين معلمات العملية بالموجات فوق الصوتية من أجل تعزيز العائد والكفاءة العامة لتخليق استر بنتايريثريتول تحت الموجات فوق الصوتية. تم تحقيق إنتاجية محسنة بنسبة 81.4٪ من استر بنتايريثريتول بنبضة بالموجات فوق الصوتية تبلغ 15 ثانية ، وسعة بالموجات فوق الصوتية تبلغ 60٪ ، وتركيز محفز يبلغ 1.5 وزن ، ودرجة حرارة تفاعل 100 درجة مئوية. لمراقبة الجودة ، تمت مقارنة استر بنتايريثريتول المركب بالموجات فوق الكيميائية مع زيت ضاغط الصف الاصطناعي. في الختام ، تشير الدراسة إلى أن عملية الاستراستر المتتالية التي يتم الترويج لها بالموجات فوق الصوتية هي طريقة فعالة لتحل محل عملية الاستراستر المتتالية التقليدية لتخليق مواد التشحيم الحيوية القائمة على الإستر بنتايريثريتول. المزايا الرئيسية لعملية transesterification بالموجات فوق الصوتية هي زيادة غلة إستر pentaerythritol ، ووقت رد فعل قصير ودرجات حرارة تفاعل أقل بكثير. (راجع Arumugam et al.، 2019)

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

استرات الأسيتال المشتقة من Pentanal عبر التوليف بالموجات فوق الصوتية

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

1. أسترة حمض 9,10-dihydroxyoctadecanoic
2. أسيتاليز ألكيل 9,10-ثنائي هيدروكسي أوكتاديكانوات

من أجل إنتاج استرات ألكيل 9,10- ثنائي هيدروكسي ستيرات مطلوبة خطوتان وتم الحصول على غلة 67-85 ٪. لتقييم الكفاءة ، تمت مقارنة الطريقة الكيميائية الصوتية بتقنية الارتجاع التقليدية. علاوة على ذلك ، تم استخدام محفزات حمضية متجانسة وصلبة ، وهي حمض الكبريتيك (H2SO4) ، والبنتونيت الطبيعي ، و H-bentonite ، لتحديد تأثير وكفاءة مختلف المحفزات. وقد وجد أن الأسترة الكيميائية الصوتية للحمض المحفز بواسطة H-bentonite أعطت المنتجات عائدا يصل إلى 70٪ في وقت تفاعل أقصر ب 3 مرات من طريقة الارتجاع ، وهو أمر رائع. منحت خطوة الأسيتال النهائية مع n-pentanal في وجود H-bentonite باستخدام الموجات فوق الصوتية ثلاثة مشتقات ديوكسولين مشتقة من الخماسي في عوائد 69-85٪ ، وهي أعلى من الطريقة التقليدية. تتطلب طريقة الارتجاع وقت تفاعل أطول من الطريقة الكيميائية الصوتية لأن التوليف بالموجات فوق الصوتية يتطلب 10-30 دقيقة فقط. بالإضافة إلى وقت التفاعل الأقصر بكثير تحت الصوتنة ، تم الحصول على عائد ملحوظ لكل استر باستخدام الطريقة الكيميائية الصوتية.
كما حسب الباحث أن متطلبات الطاقة للتفاعل الكيميائي الصوتي أقل بنحو 62 مرة من تلك الموجودة في الطريقة التقليدية. هذا يقلل من التكاليف وهو صديق للبيئة.
كشف فحص الخواص الفيزيائية والكيميائية لكل منتج أن الميثيل 8-(2-butyl-5-octyl-1,3-dioxolan-4-yl)octanoate هو مادة تشحيم حيوية جديدة محتملة مع وظائف لاستبدال مواد التشحيم الشائعة. (راجع كورنياوان وآخرون، 2021)

ترانساستر استرات خماسي تيريل 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 عمليات تحويل متتالية محفزة للقاعدة تتضمن خطوتين من خطوات الترانساستر. أظهروا جدوى التوليف باستخدام عباد الشمس وبذر الكتان وزيت الجاتروفا. 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 تحويل الزيت النباتي إلى استر ميثيل ، يتم تحويل استرات الميثيل إلى استرات بنتايريثريل بفعل بنتايريثريتول كما هو موضح في المخطط أعلاه.
(راجع هاشم وآخرون، 2013)

تم إثبات الآثار المعززة للتفاعل بشكل كبير من الموجات فوق الصوتية على الترانسسترة علميا ومنذ عقود معتمدة صناعيا. المثال الأبرز على التحسين بالموجات فوق الصوتية هو تحويل الزيوت والدهون إلى استر ميثيل الأحماض الدهنية (FAME) ، والمعروف باسم الديزل الحيوي.
اقرأ المزيد عن التعقيم بمساعدة الموجات فوق الصوتية للزيوت والدهون (النفايات) في وقود الديزل الحيوي!

تحقيقات بالموجات فوق الصوتية والمفاعلات للاسترجاع العابر وغيرها من التوليفات الكيميائية

Hielscher Ultrasonics هو المتخصص الخاص بك عندما يتعلق الأمر بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء المتطورة للتفاعلات الصوتية سونوكيميائية. تقوم Hielscher بتصميم وتصنيع وتوزيع أجهزة الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة وملحقاتها مثل المجسات (sonotrodes) والمفاعلات وخلايا التدفق بأي حجم وتزود المختبرات الكيميائية بالإضافة إلى مرافق الإنتاج الكيميائي على نطاق صناعي. من أجهزة الموجات فوق الصوتية المختبرية المدمجة إلى مجسات الموجات فوق الصوتية الصناعية والمفاعلات ، لدى Hielscher نظام الموجات فوق الصوتية المثالي لعمليتك. مع خبرة طويلة في تطبيقات مثل التحفيز الصوتي وتوليف الصوت ، سيوصي موظفونا المدربون تدريبا جيدا بالإعداد الأنسب لمتطلباتك.
تقوم Hielscher Ultrasonics بتصنيع أنظمة الموجات فوق الصوتية عالية الأداء ذات المتانة العالية جدا والقادرة على تقديم موجات الموجات فوق الصوتية المكثفة نظرا لأن جميع أجهزة الموجات فوق الصوتية الصناعية Hielscher يمكنها تقديم سعات 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 الشاقة في ظل الظروف الصعبة. تتوفر أيضا سونوترودات خاصة للمواد الكيميائية ذات درجة الحرارة العالية أو القاسية جدا.
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 حمولة كاملة. نحن نسعى جاهدين من أجل رضا العملاء ويتم تنظيم إنتاجنا لتحقيق أعلى ضمان للجودة (على سبيل المثال، شهادة ISO).

الجدول أدناه يعطيك مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لultrasonicators لدينا: