Ultrasəs transesterifikasiyası ilə poliol sintezi

Poliollar əsasən bitki yağlarından və ya heyvan piylərindən alınan triqliseridlərin transesterifikasiyası ilə istehsal olunan sintetik esterlərdir. Bu poliollar poliuretanların, biosürtkü materiallarının və digər kimyəvi maddələrin istehsalı üçün xammaldır. Ultrasəslə emal güclü kəsilmə qüvvələri və istilik enerjisi tətbiq etməklə transesterifikasiya reaksiyalarını intensivləşdirmək üçün istifadə olunur. Ultrasəs və onun sonokimyəvi təsirləri reaksiya enerjisini təmin edir və kütlə ötürülməsi məhdudiyyətlərini aradan qaldırmağa kömək edir. Beləliklə, ultrasəslə emal transesterifikasiyanın sürətini, çıxımını və ümumi səmərəliliyini əhəmiyyətli dərəcədə artırır.

Ultrasəsin köməyi ilə transesterifikasiya

Transesterifikasiya reaksiyaları ən mühüm sintez yollarından biridir və bitki yağlarını neft məhsullarının əvəzedicilərinə çevirmək üçün effektiv üsul kimi geniş istifadə olunur. Sonosintez (həmçinin sonokimyəvi sintez – yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs vasitəsilə sürətləndirilən kimyəvi sintez) transesterifikasiyaya və digər kimyəvi proseslərə faydalı təsirləri ilə yaxşı tanınır.

Ultrasəsdən istifadə etməklə bitki yağlarından dayanıqlı poliol sintezi

Bitki mənşəli yağ turşuları, yəni bitki yağları, geniş əlçatan və bərpa olunan xammaldır və biomənşəli poliolların və poliuretanların hazırlanması üçün istifadə oluna bilər. Yüksək güclü ultrasəsin tətbiqi transesterifikasiyanın katalitik reaksiyasını əhəmiyyətli dərəcədə sürətləndirən əlverişli sonokimyəvi təsirlər yaradır. Bundan əlavə, ultrasəslə emal sintez olunan poliolların çıxımını artırır, çünki akustik kavitasiyanın intensiv qarışdırma enerjisi kütlə ötürülməsi məhdudiyyətini aradan qaldırır. Ultrasəs transesterifikasiya reaksiyalarının ənənəvi transesterifikasiya reaksiyalarına nisbətən daha az miqdarda spirt və katalizatorla səmərəli getdiyi yaxşı məlumdur. Bu, ultrasəslə emal vasitəsilə ümumi səmərəliliyin artmasına səbəb olur.

Pentaeritritol esteri əsaslı biosürtkü materialının ultrasəs sintezi

Arumugamın tədqiqat qrupunun göstərdiyi kimi, pentaeritritol esteri kolza yağından iki mərhələli sonokimyəvi proses vasitəsilə səmərəli şəkildə sintez oluna bilər. Optimallaşdırma tədqiqatında tədqiqatçılar Hielscher UP400St ultrasəs cihazından istifadə etmişlər (soldakı şəklə baxın). Sonokimyəvi təsirlə sürətləndirilən ilk transesterifikasiyada kolza yağı metanolla reaksiyaya girərək metil esterinə çevrilir. İkinci transesterifikasiya mərhələsində metil esteri ksilol və katalizatorla reaksiyaya girərək pentaeritritol esterinə çevrilir. Tədqiqatçı ultrasəs şəraitində pentaeritritol esteri sintezinin çıxımını və ümumi səmərəliliyini artırmaq üçün ultrasəs prosesinin parametrlərinin optimallaşdırılmasına diqqət yetirmişdir. 15 s ultrasəs impulsu, 60% ultrasəs amplitudası, 1,5 wt% katalizator konsentrasiyası və 100°C reaksiya temperaturu ilə pentaeritritol esterinin 81,4%-ə yüksəlmiş çıxımı əldə edilmişdir. Keyfiyyətə nəzarət üçün sonokimyəvi üsulla sintez edilmiş pentaeritritol esteri sintetik kompressor yağı ilə müqayisə edilmişdir. Yekun olaraq, tədqiqat göstərir ki, ultrasəslə sürətləndirilən ardıcıl transesterifikasiya prosesi pentaeritritol esteri əsaslı biosürtkü materialının sintezi üçün ənənəvi ardıcıl transesterifikasiya prosesini əvəz etmək baxımından səmərəli üsuldur. Ultrasəs transesterifikasiya prosesinin əsas üstünlükləri pentaeritritol esterinin çıxımının artması, reaksiya müddətinin qısalması və reaksiya temperaturunun əhəmiyyətli dərəcədə aşağı olmasıdır. (bax: Arumugam et al., 2019)

Kolza yağının pentaeritritol esterinə ultrasəslə intensivləşdirilmiş iki mərhələli transesterifikasiyası.
(Arumugam et al., 2019 əsasında uyğunlaşdırılmışdır)

Ultrasəs sintezi ilə pentanaldan alınan asetal esterləri

Kurniawanın tədqiqat qrupu yaşıl kimya prinsiplərini tətbiq edərək sonokimyəvi üsulla pentanaldan alınan üç asetal esteri sintez etmişdir. Ultrasəslə emal iki kimyəvi mərhələni sürətləndirmək üçün istifadə edilmişdir:

1. 9,10-dihidroksioktadekan turşusunun esterləşməsi
2. Alkil 9,10-dihidroksioktadekanoatın asetallaşması

Alkil 9,10- dihidroksistearat esterlərinin istehsalı üçün iki mərhələ tələb olunur və 67–85% çıxım əldə edilmişdir. Səmərəliliyi qiymətləndirmək üçün sonokimyəvi üsul ənənəvi geri axın altında qaynatma üsulu ilə müqayisə edilmişdir. Bundan əlavə, müxtəlif katalizatorların təsirini və səmərəliliyini müəyyən etmək üçün homogen və bərk turşu katalizatorlarından, yəni sulfat turşusundan (H2SO4), təbii bentonitdən və H-bentonitdən istifadə edilmişdir. Müəyyən edilmişdir ki, turşunun H-bentonitlə kataliz olunan sonokimyəvi esterləşməsi geri axın altında qaynatma üsuluna nisbətən 3 dəfə qısa reaksiya müddətində 70%-ə qədər çıxımla məhsullar vermişdir ki, bu da diqqətəlayiqdir. H-bentonitin iştirakı ilə n-pentanalla aparılan son asetallaşma mərhələsində ultrasəslə emaldan istifadə pentanaldan alınan üç dioksolan törəməsini 69–85% çıxımla vermişdir; bu çıxımlar ənənəvi üsuldakından daha yüksəkdir. Ultrasəs sintezi yalnız 10–30min tələb etdiyindən geri axın altında qaynatma üsulu sonokimyəvi üsula nisbətən daha uzun reaksiya müddəti tələb etmişdir. Ultrasəslə emal zamanı reaksiya müddətinin əhəmiyyətli dərəcədə qısalması ilə yanaşı, sonokimyəvi üsulla hər bir esterin diqqətəlayiq çıxımı əldə edilmişdir.
Tədqiqatçı həmçinin hesablamışdır ki, sonokimyəvi reaksiyanın enerji tələbatı ənənəvi üsuldakından təxminən 62 dəfə azdır. Bu, xərcləri azaldır və ətraf mühit üçün əlverişlidir.
Hər bir məhsulun fiziki-kimyəvi xassələrinin araşdırılması göstərmişdir ki, metil 8-(2-butil-5-oktil-1,3-dioksolan-4-il)oktanoat adi sürtkü materiallarını əvəz etmək üçün funksional xüsusiyyətlərə malik potensial yeni biosürtkü materialıdır. (bax: Kurniawan et al., 2021)

Ultrasəsdən istifadə etməklə pentaeritril esterlərinin transesterifikasiyası

Pentaeritril esterləri günəbaxan, kətan və jatrofa yağı kimi bitki yağlarından alına bilər. Hashemin tədqiqat qrupu iki transesterifikasiya mərhələsini əhatə edən, əsasla kataliz olunan ardıcıl transesterifikasiyalar vasitəsilə biomənşəli sürtkü materiallarının sintezini nümayiş etdirmişdir. Onlar günəbaxan, kətan və jatrofa yağından istifadə etməklə sintezin mümkünlüyünü göstərmişlər. İlk mərhələdə yağlar müvafiq metil esterlərinə çevrilmişdir. İkinci prosesdə metil esterləri aşağıdakı sxemdə göstərildiyi kimi pentaeritritolun təsiri ilə pentaeritril esterlərinə çevrilmişdir: (bax: Hashem et al., 2013)

Bitki yağının metil esterinə transesterifikasiyasından sonra metil esterləri yuxarıdakı sxemdə göstərildiyi kimi pentaeritritolun təsiri ilə pentaeritril esterlərinə çevrilir.
(bax: Hashem et al., 2013)

Ultrasəslə emalın transesterifikasiya reaksiyasını əhəmiyyətli dərəcədə intensivləşdirən təsirləri elmi cəhətdən sübut edilmişdir və artıq onilliklərdir sənayedə tətbiq olunur. Ultrasəslə təkmilləşdirilmiş transesterifikasiyanın ən görkəmli nümunəsi yağların və piylərin biodizel kimi tanınan yağ turşusu metil esterinə (FAME) çevrilməsidir.
(Tullantı) yağların və piylərin ultrasəsin köməyi ilə biodizelə transesterifikasiyası haqqında ətraflı oxuyun!

Transesterifikasiya və digər kimyəvi sintezlər üçün ultrasəs zondları və reaktorları

Sonokimyəvi reaksiyalar üçün mürəkkəb, yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs cihazlarına gəldikdə Hielscher Ultrasonics sizin mütəxəssisinizdir. Hielscher istənilən ölçüdə yüksək güclü ultrasəs cihazlarını və zondlar (sonotrodlar), reaktorlar və axın hüceyrələri kimi aksesuarları layihələndirir, istehsal edir və paylayır, həm kimya laboratoriyalarını, həm də sənaye miqyaslı kimyəvi istehsal müəssisələrini təchiz edir. Kompakt laboratoriya ultrasəs cihazlarından sənaye ultrasəs zondlarına və reaktorlarına qədər Hielscher prosesiniz üçün ideal ultrasəs sisteminə malikdir. Sonokataliz və sonosintez kimi tətbiqlərdə uzunmüddətli təcrübəyə malik, yaxşı təlim keçmiş heyətimiz tələblərinizə ən uyğun qurğunu sizə tövsiyə edəcək.
Hielscher Ultrasonics çox yüksək möhkəmliyə malik və intensiv ultrasəs dalğaları ötürə bilən yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs sistemləri istehsal edir, çünki bütün Hielscher sənaye ultrasəs cihazları fasiləsiz iş rejimində (24/7) çox yüksək amplitudalar təmin edə bilir. Möhkəm ultrasəs sistemləri demək olar ki, heç bir texniki xidmət tələb etmir və işləmək üçün hazırlanmışdır. Bu, Hielscher ultrasəs avadanlığını tələbkar şəraitdə ağır iş tətbiqləri üçün etibarlı edir. Yüksək temperatur və ya çox sərt kimyəvi mühitlər üçün xüsusi sonotrodlar da mövcuddur.
Ən yüksək keyfiyyət – Almaniyada layihələndirilmiş və istehsal edilmişdir: Bütün avadanlıqlar Almaniyadakı baş qərargahımızda layihələndirilir və istehsal olunur. Müştəriyə çatdırılmadan əvvəl hər bir ultrasəs cihazı tam yük altında diqqətlə sınaqdan keçirilir. Biz müştəri məmnuniyyətinə nail olmağa çalışırıq və istehsalımız ən yüksək keyfiyyət təminatı tələblərini (məsələn, ISO sertifikatlaşdırılması) yerinə yetirmək üçün təşkil edilmişdir.

Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü haqqında məlumat verir: