استخراج التحفيز بمساعدة الموجات فوق الصوتية
تستخدم مفاعلات الموجات فوق الصوتية Hielscher في العديد من الصناعات لمساعدة وتحسين معالجة الاستخراج التحفيزي (CEP) أو ما يسمى استخراج نقل الطور (PTE). يتضمن الاستخراج التحفيزي نظام طور غير متجانس غير قابل للامتزاج ، مثل السائل السائل أو السائل الصلب. تعمل قوى القص والتجويف العالية بالموجات فوق الصوتية على تحسين معدلات إذابة المواد المذابة بشكل كبير مما يؤدي إلى استخراج أسرع وأكثر اكتمالا. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام هذا التأثير لتقليل كمية المذيب أو الحمض المستخدم. كتقنية مجربة ، يتم استخدام الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية بشكل متزايد بسبب الطلب المتزايد على تقنيات الاستخراج الصديقة للبيئة مع تقصير وقت الاستخراج وتقليل استهلاك المذيبات العضوية.
الاستخراج التحفيزي? استخراج نقل الطور – اساسيات
المصطلح “تصف معالجة الاستخراج التحفيزي (CEP) أو استخراج نقل الطور (PTE) توزيع السائل السائل أو السائل الصلب عندما يتم التركيز على استخراج وإزالة المواد المراد تحليلها. لذلك ، يجب تشتيت? استحلاب السائل أو المخفف الصلب في المذيب (الطور السائل). حسب المصطلح “مستخرج” يتم وصف المادة الفعالة فقط في المذيب (أي المرحلة العضوية المتجانسة’ الذي يتألف من المستخرج و / أو المخفف و / أو المعدل) المسؤول بشكل أساسي عن نقل المذاب من "الماء"’ إلى "العضوية’ طور. [الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية]. المادة المستهدفة ، التي يتم استخراجها تسمى استخراج.
غالبا ما تكون طرق الاستخراج التقليدية مثل استخراج السوشليت ، أو النقع ، أو الميكروويف ، أو الترشيح ، أو الاستخراج تحت الارتجاع والتقطير بالبخار ، أو الاستخراج التوربيني بطيئة وغير فعالة و? أو تتطلب كمية عالية من المذيبات الخطرة مما يؤدي إلى عملية كثيفة التكلفة وتستغرق وقتا طويلا ضارة بالبيئة.
الموجات فوق الصوتية هي بديل مثبت لطرق الاستخراج التقليدية التي توفر استخراجا أسرع وأكثر اكتمالا مع مذيبات خطرة أقل أو معدومة! الموجات فوق الصوتية هي تقنية قوية للمعالجة الخضراء الصديقة للبيئة.
سونيكاتور UP400ST يطبق الموجات فوق الصوتية للطاقة لتحسين الاستخراج التحفيزي
مبدأ الاستخراج الحفاز بمساعدة الموجات فوق الصوتية
لاستخراج مادة ما ، يجب خلط المراحل غير القابلة للامتزاج بحيث يمكن إذابة المادة المراد استخلاصها من الطور الناقل إلى مرحلة المذيب. يتم إجراء عمليات استخراج نقل الطور الأكثر شيوعا من مرحلة التشتت إلى الطور المستمر ، مما يعني أن القطرات والجسيمات تحتاج إلى تشتيت متجانس في المذيب.
الموجات فوق الصوتية للطاقة هي تقنية خلط واستخراج معروفة لها العديد من الآثار الإيجابية على عملية الاستخراج:
- تحسين حركية التفاعل
- خليط ناعم من الناقل (المواد الماصة) والمذيبات
- زيادة التفاعل بين المرحلتين
- زيادة النقل الجماعي
- إزالة طبقات التخميل من سطح الجسيمات
- اضطراب الخلايا & التفكك
- استخراج أكثر اكتمالا مما يؤدي إلى زيادة الغلة
- بسيط & حفظ العملية
- العملية الخضراء: صديقة للبيئة
مبدأ عمل التجويف بالموجات فوق الصوتية وآثاره على الاستخراج التحفيزي
لأغراض الاستخراج ، يتم خلط مرحلتين بشكل مكثف في مجال التجويف بالموجات فوق الصوتية. يتم تقسيم القطرات والجسيمات إلى أحجام دون ميكرون ونانو. يؤدي هذا إلى تطوير أسطح مكبرة لتحسين نقل الكتلة من مرحلة إلى أخرى. تؤدي زيادة التفاعل بين المرحلتين إلى توسيع مساحة سطح التلامس للاستخراج بحيث يتم تعزيز نقل الكتلة بسبب إزالة الطبقات السائلة الراكدة عند حدود الطور. يتم زيادة نقل الكتلة بشكل أكبر بسبب إزالة طبقات التخميل من سطح الجسيمات. لاستخراج المواد البيولوجية من الخلايا والأنسجة ، يتم زيادة نقل الكتلة عن طريق تعطيل الخلايا بالموجات فوق الصوتية. كل هذه الآثار تؤدي إلى استخراج أكثر اكتمالا مما يؤدي إلى زيادة الغلة.
فوائد استخراج بالموجات فوق الصوتية:
- كسر طبقات الحدود
- التغلب على قوات فان دير فال
- انقل السائل غير المشبع إلى سطح التلامس
- تقليل أو إلغاء الحاجة إلى وكلاء النقل
- تقليل الوقت ودرجة الحرارة و? أو التركيز
- فائض أقل مقارنة بالحجم المطلوب للتشبع الكامل
- حجم أقل ليتم تكريره (على سبيل المثال عن طريق التقطير والتبخر والتجفيف)
- لا توجد مفاعلات متحركة باستمرار (CSR)
- توفير الطاقة
- لا يوجد تجميع ولكن معالجة مضمنة
- استخدم مذيب أقل حمضية أو أرخص
- تجنب المذيبات ، استخدم المائي بدلا من ذلك
- معالجة تركيزات المواد الصلبة العالية أو الملاط عالي اللزوجة
- المعالجة الخضراء: صديقة للبيئة
- استخدام الأحماض العضوية، مثل حمض الماليك أو حامض الستريك
- تجنب عمليات الاستخراج متعددة المراحل
MultiSonoReactor يحسن معدل التفاعل والعائد من عمليات الاستخراج التحفيزي
- بيولوجيا
- كيمياء
- طعام & فارما
- تحليل
- المعالجة النووية
- تطبيقات التعدين
- إزالة الكبريت
- المركبات العضوية
- الجيوكيمياء
- تنقيه
استخراج السائل السائل
العملية التقليدية: الاستخراج السائل السائل هو طريقة تقسيم لاستخراج المواد من مرحلة سائلة إلى مرحلة سائلة أخرى بناء على المواد’ الذوبان النسبي في مرحلتين سائلتين مختلفتين غير قابلتين للامتزاج. يعمل استخدام الموجات فوق الصوتية على تحسين معدل نقل المذاب بين المرحلتين من خلال الأداء العالي خلط, الاستحلابو حل!
استخراج السائل السائل هو تقنية فصل لعزل وتركيز المكونات القيمة من محلول مائي باستخدام مذيب عضوي. غالبا ما يتم تطبيق استخراج السائل السائل عندما تكون تقنيات الفصل الأخرى (مثل التقطير) غير فعالة. يستخدم استخراج السائل السائل في المستحضرات الصيدلانية & مستحضرات التجميل (المركبات النشطة ، واجهات برمجة التطبيقات ، العطور) ، وكذلك الصناعات الغذائية والزراعية ، للكيمياء العضوية وغير العضوية ، وصناعة البتروكيماويات ، والمعادن المائية.
مشكلة: المشكلة الشائعة هي عدم امتزاج المراحل السائلة (المذيب والمخفف غير قابلين للامتزاج) ، بحيث يلزم وجود طريقة خلط مناسبة. نظرا لأن الخلط المتساوي لكلتا المرحلتين السائلتين يعزز نقل الطور بين المادة المخففة والمذيب ، فإن طريقة التشتيت أو الاستحلاب الموثوقة أمر بالغ الأهمية. كلما كان الخليط أدق وزادت مساحة التلامس بين المرحلتين ، كان من الأفضل أن ينتقل الذوبان من مرحلة سائلة إلى مرحلة سائلة أخرى. تفتقر عمليات الاستخراج التقليدية في الغالب إلى تعزيز نقل الكتلة بحيث تكون عملية الاستخراج بطيئة وغالبا ما تكون غير مكتملة. لتحسين الاستخراج ، غالبا ما يتم استخدام كميات زائدة من المذيبات ، مما يجعل العملية مكلفة وملوثة بيئيا.
حل: استخراج السائل السائل بالموجات فوق الصوتية يتفوق تقنيات استخراج السائل السائل التقليدية في نقاط مختلفة:
تمزج الموجات فوق الصوتية القوية مرحلتين سائلتين أو أكثر يمكن الاعتماد عليها وبسهولة معا. عن طريق الموجات فوق الصوتية ، يمكن تقليل القطرات إلى حجم نانو بحيث غرامة المستحلبات الدقيقة والنانوية يتم الحصول عليها. وبالتالي ، فإن قوى التجويف المتولدة تعزز نقل الكتلة بين المراحل السائلة. كما يمكن تشغيل صوتنة في نظام مضمن مستمر ، كميات كبيرة و سوائل عالية اللزوجة يمكن التعامل معها دون مشاكل.
ولكن أيضا استخراج الميكرو ، على سبيل المثال لأغراض تحليلية ، يمكن تحسينه عن طريق صوتنة ، أيضا (على سبيل المثال ، الاستخراج الجزئي السائل الأيوني مع الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية).
فوائد استخراج بالموجات فوق الصوتية:
قوى الموجات فوق الصوتية القوية – تم إنشاؤها بواسطة الموجات فوق الصوتية منخفضة التردد? عالية الطاقة – يساعد على
- إعادة تشكيل القطرات
- تجنب عوامل نقل المستحلب أو المحفزات البرمائية
- تجنب استخدام المنظفات أو المواد الخافضة للتوتر السطحي
- تجنب المحفزات البرمائية أو المنظفات أو المواد الخافضة للتوتر السطحي
- توليد مستحلبات مضطربة غير مستقرة بدون طبقات خافضة للتوتر السطحي
تعمل قوى التجويف والموجات فوق الصوتية على تحسين الاستخراج الحفاز للمركبات من المواد الصلبة.
تحسين استخراج الصلبة السائلة بواسطة الموجات فوق الصوتية
الهدف من استخلاص المواد الصلبة والسائلة أو استخلاص الطور الصلب (SPE) هو فصل التحليلات المذابة أو المعلقة في خليط سائل وعزلها عن المصفوفة وفقا لخصائصها الفيزيائية والكيميائية. لذلك ، يتم استخلاص العزلة من المواد الماصة بمساعدة مذيب مناسب. المادة المستخرجة تسمى elute.
تقنيات SPE التقليدية هي النقع ، واستخراج السوشلت ، والترشيح ، والجمع بين الارتجاع والتقطير بالبخار ، أو الخلط عالي السرعة? الاستخراج التوربيني. استخراج السائل الصلب هو إجراء شائع لفصل المركبات في علم الأحياء والكيمياء وكذلك في صناعة الأغذية والأدوية ومستحضرات التجميل. يعرف استخراج المعادن أيضا باسم الترشيح.
مشكلة: تعرف تقنيات SPE التقليدية بأنها تستغرق وقتا طويلا وتتطلب كميات كبيرة نسبيا من المذيبات التي تكون في الغالب خطرة بيئيا وملوثة. يمكن أن تؤدي درجات حرارة العملية المرتفعة إلى تدمير المستخلصات الحساسة للحرارة.
حل: مع استخراج السائل الصلب بمساعدة الموجات فوق الصوتية ، يمكن التغلب على المشاكل الشائعة ل SPE التقليدية. نظرا لأن الصوتنة توفر توزيعا دقيقا للمواد الصلبة في مرحلة المذيب ، تتوفر حدود بينية أكبر بحيث يتم تحسين نقل الكتلة للمادة المستهدفة إلى المذيب. ينتج عن هذا استخراج أسرع وأكثر اكتمالا بينما يتم تقليل استخدام المذيب أو تجنبه تماما (استخدم الماء كمرحلة سائلة بدلا من ذلك). من خلال تطبيق الموجات فوق الصوتية للطاقة ، يمكن إجراء استخراج الطور الصلب بشكل أكثر كفاءة واقتصادية وصديقة للبيئة. بسبب تقليل أو تجنب المذيبات الملوثة أو الخطرة ، يمكن اعتبار الاستخراج بالموجات فوق الصوتية صديقا للبيئة عملية خضراء. من الناحية الاقتصادية ، يتم تقليل تكاليف العملية بسبب توفير الطاقة والمذيبات والوقت.
استخراج المذيبات بالموجات فوق الصوتية
في حالة استخراج المذيبات ، يتم استخدام مذيب (مثل مذيب عضوي) لإذابة وفصل مركب عن سائل آخر (مثل الطور المائي). بوجه عام، كلما زاد ذوبان المواد المذابة القطبية في المذيب الأكثر قطبية، والذواب الأقل قطبية في المذيب الأقل قطبا. باستخدام استخراج المذيبات ، من الممكن فصل الثيوفين المؤكسد (السلفوكسيدات ، السلفونات) عن مرحلة الزيت باستخدام الأسيتونيتريل أو المذيبات القطبية الأخرى. يستخدم استخراج المذيبات أيضا لاستخراج المواد ، مثل اليورانيوم أو البلوتونيوم أو الثوريوم من المحاليل الحمضية إلى ثلاثي الفوسفات العضويN- فوسفات البوتيل (عملية PUREX).
قلل من استخدام المذيبات: استخدام الموجات فوق الصوتية يقلل من استخدام المذيبات في العملية ويحسن حمل المنتج في المذيب. كما أنه يؤدي إلى استخراج أسرع وأكثر اكتمالا.
انقر هنا لقراءة المزيد عن إزالة الكبريت التأكسدي بمساعدة الموجات فوق الصوتية!
استخراج Soxhlet بمساعدة الموجات فوق الصوتية
استخراج Soxhlet هو تقنية استخراج الصلبة والسائلة تستخدم بشكل متكرر المختبرات الاصطناعية والتحليلية. يتم تطبيق استخراج Soxhlet بشكل أساسي عندما يكون للمادة قابلية ذوبان محدودة فقط في مذيب ، وتكون الشوائب غير قابلة للذوبان في هذا المذيب.
يمكن دمج الموجات فوق الصوتية بنجاح كبير مع استخراج Soxhlet مما يؤدي إلى زيادة الغلة ووقت استخراج أقصر.
الرجاء النقر هنا لمعرفة المزيد عن استخراج Soxhlet بمساعدة الموجات فوق الصوتية!
الاستخراج في يذوب باستخدام Sonication
يمكن إجراء عمليات الاستخلاص السائل السائل في المخاليط التي تذوب فيها إحدى مرحلتي السائل أو كليهما ، مثل الأملاح المنصهرة أو المعادن المنصهرة ، مثل الزئبق. صوتنة مضمنة قوية في مفاعلات خلايا التدفق بالموجات فوق الصوتية تسمح بمعالجة حتى السوائل ذات اللزوجة العالية مثل الذوبان.
الترشيح بمساعدة الموجات فوق الصوتية
يصف الترشيح استخدام الأحماض أو المذيبات أو الماء الساخن لإذابة مذاب انتقائي من حامل صلب خامل غير قابل للذوبان. غالبا ما يستخدم الترشيح في التعدين لاستخراج المعادن من الخامات.
فوائد الترشيح بالموجات فوق الصوتية:
- اغسل فتحات صغيرة من المواد المسامية
- التغلب على انتقائية الأغشية
- تدمير المواد الصلبة ، وإزالة المواد الصلبة والتكتل
- إزالة الطبقات السلبية
- إزالة طبقات الأكسيد
- بلل جميع أسطح المواد خاصة للسوائل ذات التوتر السطحي العالي
- ترقق القص
انقر هنا لمعرفة المزيد عن الترشيح بالموجات فوق الصوتية!
Hielscher Sonicators لأي حجم الإنتاج
Sonication في المختبر، مقاعد البدلاء وحجم الإنتاج: تم تصميم جميع أجهزة الموجات فوق الصوتية Hielscher لتشغيل 24H? 7D، حتى المجانسات مختبر بالموجات فوق الصوتية يمكن معالجة كميات كبيرة إما في دفعة أو تدفق من خلال. تم تصميم وبناء الموجات فوق الصوتية الصناعية وأعلى مقاعد البدلاء في الصف الصناعي بحيث يمكن معالجة كميات كبيرة ولزوجة عالية دون مشاكل – حتى في ظل الظروف الصعبة مثل الضغوط العالية ودرجات الحرارة المرتفعة (على سبيل المثال بالاشتراك مع ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج2 ، لعمليات البثق وما إلى ذلك). أجهزة الموجات فوق الصوتية القوية Hielscher قادرة على التعامل مع المذيبات والسوائل الكاشطة والمواد المسببة للتآكل. تتيح الملحقات المناسبة تكييف نظام الموجات فوق الصوتية على النحو الأمثل مع متطلبات عملية الاستخراج. للتثبيت في البيئات الخطرة ، تم تصنيف ATEX أو FM أنظمة الموجات فوق الصوتية واقية من الانفجار متوفرة.
وبالتالي، Hielscher صوتيات قوية وقوية ومجموعة واسعة من الملحقات تمكن من صوتنة المواد مثل الماء الساخن? السوائل، والأحماض، يذوب المعادن، يذوب الملح، المذيبات (مثل الميثانول، الهكسان؛ العضوية، المذيبات القطبية مثل الأسيتونيتريل).
مخطط انسيابي: مراحل استخراج نقل الطور بالموجات فوق الصوتية
الأدب? المراجع
- Ekaterina V. Rokhina, Eveliina Repo, Jurate Virkutyte (2010): Comparative kinetic analysis of silent and ultrasound-assisted catalytic wet peroxide oxidation of phenol. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 17, Issue 3, 2010. 541-546.
- Bendicho, C.; De La Calle, I.; Pena, F.; Costas, M.; Cabaleiro, N.; Lavilla, I. (2012): Ultrasound-assisted pretreatment of solid samples in the context of green analytical chemistry. Trends in Analytical Chemistry, Vol. 31, 2012. 50-60.
- Shayegan, Z.; Razzaghi, M.; Niaei, A.; Salari, D.; Tabar, M.T.S.; Akbari, A.N. (2013): Sulfur removal of gas oil using ultrasound-assisted catalytic oxidative process and study of its optimum conditions. Korean J. Chem. Eng., 30(9), 2013. 1751-1759.
- Oluseyi, T.; Olayinka, K.; Alo, B.; Smith, R. M. (2011): Comparison of extraction and clean-up techniques for the determination of polycyclic aromatic hydrocarbons in contaminated soil samples. African Journal of Environmental Science and Technology Vol. 5/7, 2011. 482-493.
- Petigny, L.; Périno-Issartier, S.; Wajsman, J.; Chemat, F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
حقائق تستحق المعرفة
وغالبا ما يشار إلى معالجة السائل بالموجات فوق الصوتية باسم صوتنة ، الموجات فوق الصوتية ، صوتنة ، insonation ، التشعيع بالموجات فوق الصوتية ، أو تطبيق المجالات الصوتية. تصف كل هذه المصطلحات اقتران الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة في وسط سائل لتحقيق الموجات فوق الصوتية
- خلط & مزج,
- التجانس,
- الاستحلاب,
- تفريق & إزالة التكتل,
- تقليل حجم الجسيمات (طحن & طحن) ،
- حل,
- ترطيب & ترطيب،
- التحلل & اضطراب الخلايا,
- إستخلاص,
- تجانس الأنسجة,
- التجزؤ,
- إزالة الغاز & إزالة الرغوة,
- ترقق القص و
- تفاعل سونوكيميائي.
نظرا لأن الموجات فوق الصوتية للطاقة هي تقنية معالجة متعددة الاستخدامات ، فإن أجهزة الموجات فوق الصوتية معروفة بمصطلحات مختلفة مثل مسبار صوتي ، محلل صوتي ، معطل بالموجات فوق الصوتية ، طاحونة بالموجات فوق الصوتية ، سونو تمزق ، سونو ، سونو ، ديسمبرتور صوتي ، معطل الخلية ، مشتت بالموجات فوق الصوتية أو مذيب.