تصبن – عملية صنع الصابون مع الموجات فوق الصوتية

التصبن هو العملية الكيميائية لصنع الصابون. هو التفاعل الذي تتفاعل فيه المادة الخام للدهون أو الزيوت (الدهون الثلاثية) مع مادة متفاعلة قلوية لتكوين صابون. يعمل الموجات فوق الصوتية على تحسين تحفيز نقل الطور مما يؤدي إلى زيادة سرعة التفاعل ، وتحويل أكثر اكتمالا ويتجنب الاستخدام المفرط للكواشف الأساسية مثل هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) أو هيدروكسيد الصوديوم (NaOH). يمكن تنفيذ التحلل المائي القلوي الذي يبدأ بالموجات فوق الصوتية بسهولة في صناعة الصابون التجاري. تنتج مفاعلات الموجات فوق الصوتية للتصبن مخرجات أعلى في وقت أقصر دون استخدام أي محفز أو تقليل كميات المحفز المستخدم.

تعزيز التصبن بالموجات فوق الصوتية

دراسات حالة التصبن بالموجات فوق الصوتية

وقد أظهرت دراسات بحثية مختلفة أن صوتنة يعزز تصبن الدهون الثلاثية في الصابون. التصبن بالموجات فوق الصوتية يسرع ويزيد من التحويل مع توفير أو تجنب استخدام المحفز. هذا يجعل التصبن بالموجات فوق الصوتية طريقة إنتاج عالية الكفاءة.

البدء بالموجات فوق الصوتية للتحلل المائي القلوي للدهون الثلاثية (التصبن) بدون محفز الطور

درس Mercantili et al. (2013) آثار الموجات فوق الصوتية على التحلل المائي القلوي للدهون الثلاثية ، والمعروف باسم التصبن. استخدموا صوتنة لبدء التحلل المائي القلوي لزيت عباد الشمس. تم استخدام هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) كقاعدة قلوية. وقد تبين أن الموجات فوق الصوتية فعالة كمصدر للطاقة لبدء التفاعل وقيادته ، وأنه يمكن تحقيق عائد تفاعل مرتفع في 15 دقيقة فقط من إجمالي تطبيق الطاقة أثناء العمل في درجة الحرارة المحيطة ، وأنه لا يتم إنشاء أي منتجات ثانوية يمكن اكتشافها أثناء التفاعل. تظهر المقارنة بين حمام بالموجات فوق الصوتية والموجات فوق الصوتية من نوع المسبار أن المسبار بالموجات فوق الصوتية هو التقنية المتفوقة. توضح الدراسة أن التصبن بالموجات فوق الصوتية ينتج عنه تحويل جيد دون الحاجة إلى تحفيز قلوي زائد أو تحفيز نقل الطور.

التحلل المائي القلوي لثلاثي الجلسرين

تفاعل نقل الطور المعزز بالموجات فوق الصوتية للتصبن

أظهر Bhatkhande et al. (1998) أن صوتنة الزيوت النباتية مثل زيت فول الصويا يمكن تصبنها بكفاءة باستخدام KOH المائي و PTCs المختلفة في درجة حرارة الغرفة. تمت دراسة مدى التصبن باستخدام قيمة التصبن كمرجع. تم إجراء تحسينات على المعلمات المختلفة مثل الوقت ، واختيار محفزات نقل الطور ، وكمية المحفز المستخدم ، وكمية KOH وكمية المياه باستخدام الصوتنة والتقليب. لدراسة تأثير الموجات فوق الصوتية ، تم إجراء التصبن أيضا عند 35 درجة مئوية في ظل ظروف مختلفة ، وهي التحريك ، الصوتنة ، التحريك والصوتنة ، والتدفئة عند 100 درجة مئوية. وقد وجد أن تصبن الطور السائل غير المتجانس للزيوت النباتية المختلفة باستخدام KOH / CTAB المائي قد تسارع بشكل كبير عند 35 درجة مئوية تحت صوتنة وتحريك.

الموجات فوق الصوتية عالية الأداء

Hielscher الفوق صوتيات لوازم معدات الموجات فوق الصوتية عالية الأداء للمختبر، الطيار والإنتاج الصناعي. وتستخدم الموجات فوق الصوتية قوية وموثوق بها لمختلف التفاعلات سونوكيميائية مثل التصبن. يمكن استخدام الموجات فوق الصوتية من نوع مسبار Hielscher في وضع الدفعات والوضع المضمن. جميع معلمات العملية الهامة – السعة والضغط ودرجة الحرارة – يمكن التحكم فيها بدقة وضمان نتائج قابلة للتكرار.
يقوم عنصر التحكم الرقمي تلقائيا بتسجيل معلمات العملية وتخزينها على بطاقة SD المدمجة. الإعدادات المسبقة والتحكم في المتصفح عن بعد تجعل عملية الصوتنة بسيطة للغاية وسهلة الاستخدام.
بالنسبة للعديد من التفاعلات الكيميائية ، يجب الحفاظ على درجة حرارة معينة ، لذلك من المهم التحكم في درجة الحرارة. الموجات فوق الصوتية الرقمية Hielscher تأتي مع الزوج الحراري والتحكم في درجة الحرارة. تسمح خلية التدفق المغلفة بتبديد الحرارة.
متانة معدات الموجات فوق الصوتية Hielscher يسمح لعملية 24/7 في الخدمة الشاقة وفي البيئات الصعبة.
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:

• بهاتخاندي ، بكالوريوس ؛ Samant، Shriniwas D. (1998): ساعدت الموجات فوق الصوتية PTC على تحفيز تصبن الزيوت النباتية باستخدام القلويات المائية. الموجات فوق الصوتية سونوكيمياء المجلد 5 ، العدد 1 ، 1998. 7-12.
• ميركانتيلي ، لورا. سياموس ، فرانك ديفيس ؛ Higson، P. J. (2014): البدء بالموجات فوق الصوتية للتحلل المائي القلوي للدهون الثلاثية (التصبن) دون تحفيز الطور. مجلة الفاعل بالسطح والمنظفات المجلد 17 ، Isssue 1 ، يناير 2014. 133-141.

حقائق تستحق المعرفة

سونوكيمياء

يتم تطبيق الموجات فوق الصوتية للطاقة على العمليات الكيميائية مثل التوليف والحفز (وتسمى أيضا توليف سونو وتحفيز سونو ، على التوالي) من أجل بدء وتكثيف التفاعل. تم التحقيق في التطبيقات المختلفة للإشعاع بالموجات فوق الصوتية في التخليق العضوي بعمق وتطويرها للإنتاج الصناعي. يمكن أن تزيد العلاجات Sonochemical من معدل التفاعل والعائد والانتقائية للمنتجات المرغوبة في ظل ظروف أكثر اعتدالا. هذا يجعل العلاج بالموجات فوق الصوتية تقنية معالجة فعالة وصديقة للبيئة. ثبت أن تحفيز نقل الطور بمساعدة الموجات فوق الصوتية (PTC) هو طريقة أكثر كفاءة وفعالية بشكل كبير للتفاعلات العضوية مقارنة بنفس التفاعل في حالة الصمت. على سبيل المثال ، يتم تسريع تفاعل Cannizarro الذي يحفزه تحفيز نقل الطور بمساعدة الموجات فوق الصوتية بشكل كبير مما يؤدي إلى تحويل سريع. مثال بارز آخر هو الأسترة الثلاثية للدهون الثلاثية (أي الزيوت النباتية والدهون الحيوانية) والميثانول في وجود KOH كمحفز والموجات فوق الصوتية للطاقة. ينتج عن الأسترة بالموجات فوق الصوتية وقود الديزل الحيوي عالي الجودة المنتج في تحويل سريع وعملية اقتصادية فعالة للغاية.

يعتمد الاستخراج بالموجات فوق الصوتية على التجويف الصوتي وقوى القص الهيدروديناميكية

تصبن

يصف التصبن التفاعل الكيميائي الذي ينتج الصابون. في عملية التصبن ، يتم تحويل الزيوت النباتية أو الدهون الحيوانية إلى أملاح الأحماض الدهنية – "الصابون" – والجلسرين ، وهو كحول. يتطلب التفاعل محلولا لقاعدة قلوية (على سبيل المثال ، NaOH أو KOH) في الماء وكذلك الحرارة لبدء التفاعل.
خطوات رد فعل التصبن هي كما يلي:

1. هجوم نووي من استرات الأحماض الدهنية بواسطة هيدروكسيد
2. ترك إزالة المجموعة
3. نزع البروتون

يستخدم تفاعل التصبن تجاريا لإنتاج الصابون ومواد التشحيم.
بينما يتم استخدام الصابون الصلب هيدروكسيد الصوديوم والصابون الناعم هيدروكسيد البوتاسيوم للتنظيف اليومي ، هناك أيضا صابون خاص يتم إنتاجه باستخدام هيدروكسيدات معدنية أخرى. على سبيل المثال ، يتم استخدام صابون الليثيوم وصابون الكالسيوم كشحوم تشحيم. هناك أيضا “الصابون المعقد” يتكون من خليط من الصابون المعدني.

التحلل

يتضمن التحلل المائي تفاعل مادة كيميائية عضوية مع الماء لتكوين مادتين جديدتين أو أكثر وعادة ما يعني انشقاق الروابط الكيميائية بإضافة الماء. يمكن شق الإسترات مرة أخرى إلى حمض كربوكسيلي وكحول عن طريق التفاعل مع الماء والقاعدة. يتم إنتاج الصابون عن طريق التحلل المائي لإسترات الدهون أو الزيت.

قاعدة قلوية

المواد المتفاعلة القاعدية القلوية (lyes) مطلوبة لتصبن الزيوت والدهون. تتفاعل الدهون الثلاثية مع قاعدة – هيدروكسيد الصوديوم أو البوتاسيوم – من أجل إنتاج الجلسرين وملح الأحماض الدهنية ، ما يسمى "الصابون". هيدروكسيد البوتاسيوم مركب غير عضوي له الصيغة KOH ، ويسمى عادة البوتاس الكاوي. هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) هو قاعدة قوية نموذجية أخرى. عند استخدام هيدروكسيد الصوديوم ، يتم إنتاج صابون صلب ، بينما ينتج عن استخدام هيدروكسيد البوتاسيوم صابون ناعم.

المتفاعل مقابل الكاشف

المتفاعل مادة تستهلك أو تستهلك في تفاعل كيميائي. بالمقارنة مع الكاشف ، يلزم وجود متفاعل بكميات أكبر. الكاشف هو مادة تستخدم لبدء التفاعل ، لدعم التفاعل ويتم استهلاكها في التفاعل ، على عكس العوامل الحفازة التي لا تستهلك في التفاعل.

تصبن – أسئلة مكررة

• ما هي عملية التصبن؟ التصبن هو العملية الكيميائية التي تتفاعل فيها الدهون أو الزيوت مع قلوي (عادة هيدروكسيد الصوديوم) لإنتاج الصابون والجلسرين. يتضمن هذا التفاعل التحلل المائي للدهون الثلاثية إلى أملاح الأحماض الدهنية والجليسرول.
• ما نوع رد الفعل هو التصبن؟ التصبن هو نوع من تفاعلات التحلل المائي؛ حيث تتكسر روابط الإستر في الدهون أو الزيوت بواسطة قلوي.
• لماذا يسمى التصبن؟ سمي بهذا الاسم نسبة إلى منتجه النهائي، وهو الصابون، وقدرته على إنتاج الصابون من خلال التحلل المائي لروابط الإستر في ثلاثي الجليسريد.
• ما هو الغرض من التصبن؟ الغرض الأساسي هو إنتاج الصابون ، وهو مادة خافضة للتوتر السطحي تستخدم على نطاق واسع للتنظيف والغسيل.
• هل التصبن التحلل المائي؟ نعم ، التصبن هو نوع معين من التحلل المائي الذي يتضمن تحلل الدهون أو الزيوت بواسطة قلوي إلى أملاح الجلسرين والأحماض الدهنية (الصابون).
• ما هي آلية التصبن؟ وهو ينطوي على هجوم نووي من أيونات هيدروكسيد على كربون الكربونيل من رابطة استر في الدهون الثلاثية ، مما يؤدي إلى تشكيل الكحول (الجلسرين) والصابون.
• لماذا الخلط مهم للتصبن؟ يضمن الخلط الفعال اتصالا شاملا بين المواد المتفاعلة ، مما يعزز تفاعلا أكثر اكتمالا وتوحيدا ، وهو أمر بالغ الأهمية لتحقيق العوائد المثلى. خلاطات الموجات فوق الصوتية Hielscher يمكن أن تعزز هذه العملية من خلال التجويف المكثف وقوى القص.
• ما هو مثال التصبن؟ خلط هيدروكسيد الصوديوم مع زيت جوز الهند في وجود مفاعل الموجات فوق الصوتية Hielscher لإنتاج الصابون والجلسرين يجسد التصبن.
• ما هو المنتج الرئيسي للتصبن؟ المنتجات الرئيسية هي الصابون (أملاح الصوديوم أو البوتاسيوم من الأحماض الدهنية) والجلسرين.
• لماذا قيمة التصبن مهمة؟ تشير قيمة التصبن إلى كمية القلويات اللازمة لتصبن كمية معينة من الدهون أو الزيت ، مما يساعد على تحديد الوزن الجزيئي للأحماض الدهنية التي يحتوي عليها.
• هل التصبن قابل للعكس؟ في ظل الظروف النموذجية ، لا يمكن عكس التصبن بسبب الطبيعة المستقرة للصابون المتكون.
• ما هو عكس التصبن؟ الأسترة، حيث يتفاعل الماء والكحولات مع الأحماض الكربوكسيلية لتكوين الإسترات والماء، هي العملية العكسية.
• هل يتطلب التصبن حرارة؟ في حين أن الحرارة ليست مطلوبة ، إلا أنها يمكن أن تسرع عملية التصبن عن طريق زيادة الحركة الجزيئية وسرعة التفاعل.
• هل التصبن طارد للحرارة أم ماص للحرارة؟ التصبن هو تفاعل طارد للحرارة ، يطلق الحرارة أثناء تقدمه.
• هل التصبن أساسي أم حمضي؟ إنه تفاعل أساسي ، لأنه يتضمن عمل قاعدة (قلوية) على إستر (دهون / زيت).
• كيف توقف التصبن؟ إضافة حمض لتحييد القلويات يوقف التفاعل ، ويوقف بشكل فعال عملية التصبن.
• ماذا يحدث بعد التصبن؟ بعد التفاعل الكامل ، يتكون الخليط عادة من الصابون والجلسرين ، والذي يمكن تنقيته أو معالجته بشكل أكبر اعتمادا على الاستخدام المقصود.
• هل التصبن طبيعي؟ نعم ، يمكن أن يحدث التصبن الطبيعي عندما تتلامس الدهون مع المعادن الأرضية القلوية في بعض البيئات الجيولوجية أو عندما تخلط الشعوب القديمة الدهون الحيوانية مع الرماد بطرق صنع الصابون التقليدية.
• لماذا يستخدم زيت الزيتون في التصبن؟ يفضل زيت الزيتون في التصبن بسبب محتواه الغني من حمض الأوليك ، والذي ينتج صابونا خفيفا مرطبا مع خصائص تطهير جيدة ورغوة مستقرة.
• كيف تحول الدهون إلى صابون؟ يتم تحويل الدهون إلى صابون من خلال التصبن عن طريق تسخينها بمحلول قلوي قوي ، عادة هيدروكسيد الصوديوم ، الذي يكسر الدهون إلى أملاح الأحماض الدهنية (الصابون) والجلسرين.
• ما هو الزيت الذي له قيمة تصبن عالية؟ يحتوي زيت جوز الهند على قيمة تصبن عالية ، مما يشير إلى نسبة أعلى من جزيئات الأحماض الدهنية الأصغر ، مما يجعله شديد التفاعل مع القلويات لإنتاج الصابون.
• ماذا يحدث للزيوت أثناء التصبن؟ أثناء التصبن ، يتم تحلل الزيوت بواسطة القلويات إلى أملاح الجلسرين والأحماض الدهنية ، وتشكل الأخيرة الصابون.
• ما هي أفضل دهون للصابون؟ يعتبر الشحم (دهون اللحم البقري) وزيت جوز الهند من أفضل الدهون لصنع الصابون نظرا لخصائص الرغوة والتصلب في منتج الصابون النهائي.
• كيفية تصبن الزيوت بدون غسول؟ لا يمكن تصبن الزيوت بدون الغسول لصنع الصابون التقليدي ؛ ومع ذلك ، يمكن صنع المنظفات الشبيهة بالصابون باستخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي والمستحلبات بدلا من التصبن القائم على الغسول.