Ultrasəslə dəstəklənən katalitik ekstraksiya

Hielscher ultrasəs reaktorları bir çox sənaye sahəsində katalitik ekstraksiya prosesini (CEP) və ya fazalararası köçürmə ekstraksiyası (PTE) adlandırılan prosesi dəstəkləmək və təkmilləşdirmək üçün istifadə olunur. Katalitik ekstraksiya maye–maye və ya maye–bərk kimi heterogen, bir-biri ilə qarışmayan fazalar sistemini əhatə edir. Ultrasəsin yaratdığı yüksək kəsmə və kavitasiya qüvvələri həll olunan maddələrin həllolma sürətini əhəmiyyətli dərəcədə artıraraq daha sürətli və daha tam ekstraksiyaya gətirib çıxarır. Bundan əlavə, bu təsirdən istifadə edilən həlledicinin və ya turşunun miqdarını azaltmaq üçün istifadə etmək olar. Ekstraksiya müddətini qısaldan və üzvi həlledici sərfini azaldan, ətraf mühitə uyğun ekstraksiya üsullarına artan tələbat səbəbindən sınaqdan çıxmış üsul olan ultrasəslə dəstəklənən ekstraksiyadan getdikcə daha çox istifadə olunur.

Katalitik ekstraksiya/fazalararası köçürmə ekstraksiyası – əsaslar

“Katalitik ekstraksiya prosesi (CEP) və ya fazalararası köçürmə ekstraksiyası (PTE)” termini analitlərin ekstraksiyasına və kənarlaşdırılmasına diqqət yetirildikdə maye–maye və ya bərk–maye paylanmasını təsvir edir. Buna görə maye və ya bərk durulaşdırıcı həlledicidə (maye fazada) dispersləşdirilməli/emulsiyalaşdırılmalıdır. “Ekstragent” termini yalnız həlledicidəki aktiv maddəni (yəni ekstragent, durulaşdırıcı və/və ya modifikatordan ibarət homogen “üzvi fazanı”) təsvir edir; bu maddə əsasən həll olunan maddənin “sulu” fazadan “üzvi” fazaya köçürülməsinə cavabdehdir. [IUPAC]. Ekstraksiya edilən hədəf maddə ekstrakt adlanır.
Sokslet ekstraksiyası, maserasiya, mikrodalğa, perkolyasiya, əks soyuducu altında ekstraksiya və su buxarı ilə distillə, yaxud turboekstraksiya kimi ənənəvi ekstraksiya üsulları çox vaxt yavaş və səmərəsiz olur və/və ya böyük miqdarda təhlükəli həlledici tələb edir; nəticədə ətraf mühitə zərərli, yüksək xərc və çox vaxt tələb edən proses yaranır.
Ultrasəs daha az təhlükəli həlledici ilə və ya belə həlledicilər olmadan daha sürətli və daha tam ekstraksiyanı təmin edən, ənənəvi ekstraksiya üsullarına sınaqdan çıxmış alternativdir! Ultrasəs yaşıl, ətraf mühitə uyğun emal üçün güclü üsuldur.

Ultrasəslə dəstəklənən katalitik ekstraksiyanın prinsipi

Maddənin ekstraksiyası üçün bir-biri ilə qarışmayan fazalar qarışdırılmalıdır ki, ekstraksiya ediləcək maddə daşıyıcı fazadan həlledici fazaya keçərək həll ola bilsin. Fazalararası köçürmə ekstraksiyası ən çox dispers fazadan fasiləsiz fazaya aparılır; bu isə damcıların və hissəciklərin həlledicidə homogen şəkildə dispersləşdirilməli olduğunu bildirir.
Yüksək güclü ultrasəs ekstraksiya prosesinə bir sıra müsbət təsirlər göstərən, yaxşı tanınan qarışdırma və ekstraksiya texnologiyasıdır:

Ultrasəs ekstraksiyasının üstünlükləri:

• sərhəd təbəqələrini dağıtmaq
• van-der-Vaals qüvvələrini dəf etmək
• doymamış mayeni təmas səthinə çatdırmaq
• köçürmə agentlərinə ehtiyacı azaltmaq və ya aradan qaldırmaq
• vaxtı, temperaturu və/və ya konsentrasiyanı azaltmaq
• tam doyma üçün tələb olunan həcmlə müqayisədə daha az artıq miqdar
• təmizlənəcək daha az həcm (məsələn, distillə, buxarlandırma, qurutma ilə)
• fasiləsiz qarışdırılan reaktorlar (CSR) olmadan
• enerjiyə qənaət etmək
• partiyalarla emal əvəzinə axın xəttində emal
• daha az turşulu və ya daha ucuz həlledicidən istifadə etmək
• həlledicilərdən imtina etmək, əvəzində sulu mühitdən istifadə etmək
• bərk maddələrin yüksək konsentrasiyalarını və ya yüksək özlülüklü suspenziyaları emal etmək
• yaşıl emal: ətraf mühitə uyğun
• alma turşusu və ya limon turşusu kimi üzvi turşulardan istifadə etmək
• çoxmərhələli ekstraksiya proseslərindən qaçmaq

Maye–maye ekstraksiyası

Ənənəvi proses: Maye–maye ekstraksiyası maddələrin bir-biri ilə qarışmayan iki müxtəlif maye fazada nisbi həllolma qabiliyyətlərinə əsaslanaraq onları bir maye fazadan digərinə ekstraksiya etmək üçün paylanma üsuludur. Ultrasəsin tətbiqi həll olunan maddənin iki faza arasında ötürülmə sürətini artırmaq üçün yüksək səmərəli qarışdırma, emulsiyalaşdırma və həlletmədən istifadə edir!
Maye–maye ekstraksiyası üzvi həlledicidən istifadə etməklə sulu məhluldan qiymətli komponentləri ayırmaq və qatılaşdırmaq üçün ayırma üsuludur. Maye–maye ekstraksiyası çox vaxt digər ayırma üsulları (məsələn, distillə) səmərəsiz olduqda tətbiq edilir. Maye–maye ekstraksiyasından əczaçılıq və kosmetika (aktiv birləşmələr, aktiv əczaçılıq maddələri – API-lər, ətir maddələri), eləcə də qida və kənd təsərrüfatı sənayesində, üzvi və qeyri-üzvi kimyada, neft-kimya sənayesində və hidrometallurgiyada istifadə olunur.

Problem: Geniş yayılmış problem maye fazaların bir-biri ilə qarışmamasıdır (həlledici və durulaşdırıcı bir-biri ilə qarışmır), buna görə uyğun qarışdırma üsulu tələb olunur. Hər iki maye fazanın bərabər şəkildə qarışdırılması durulaşdırıcı ilə həlledici arasında fazalararası köçürməni gücləndirdiyinə görə etibarlı dispersləşdirmə və ya emulsiyalaşdırma üsulu həlledici əhəmiyyət daşıyır. Qarışıq nə qədər incə dispers olarsa və iki faza arasındakı təmas sahəsi nə qədər böyük olarsa, həlledici bir maye fazadan digərinə bir o qədər yaxşı keçə bilər. Ənənəvi ekstraksiya prosesləri əsasən kütlə ötürülməsini kifayət qədər gücləndirmir, buna görə ekstraksiya prosesi yavaş və çox vaxt natamam olur. Ekstraksiyanı yaxşılaşdırmaq üçün çox vaxt həddindən artıq miqdarda həlledicidən istifadə edilir; bu isə prosesi bahalı edir və ətraf mühiti çirkləndirir.
 

 
Həll: Ultrasəslə maye–maye ekstraksiyası ənənəvi maye–maye ekstraksiyası üsullarını müxtəlif cəhətlərdən üstələyir:
Yüksək güclü ultrasəs iki və ya daha çox maye fazanı etibarlı və asan şəkildə bir-biri ilə qarışdırır. Ultrasəslə emal vasitəsilə damcılar nanoölçüyə qədər kiçildilə bilər və beləliklə incə dispers mikro- və nanoemulsiyalar əldə edilir. Bu zaman yaranan kavitasiya qüvvələri maye fazalar arasında kütlə ötürülməsini gücləndirir. Ultrasəslə emal fasiləsiz axın xətti sistemində aparıla bildiyindən, böyük həcmlər və yüksək özlülüklü mayelər problemsiz emal edilə bilər.
Həmçinin mikroekstraksiya, məsələn, analitik məqsədlər üçün, ultrasəslə emal vasitəsilə yaxşılaşdırıla bilər (məsələn, ultrasəslə emulsiyalaşdırma ilə ion mayesinə əsaslanan mikroekstraksiya).

Ultrasəs ekstraksiyasının üstünlükləri:
Aşağı tezlikli/yüksək güclü ultrasəsin yaratdığı güclü ultrasəs qüvvələri aşağıdakılara kömək edir:

• damcıların formasını dəyişdirməyə
• emulsiya köçürmə agentlərindən və ya amfifil katalizatorlardan imtina etməyə
• yuyucu vasitələrdən və ya səthi aktiv maddələrdən istifadə etməməyə
• amfifil katalizatorlardan, yuyucu vasitələrdən və ya səthi aktiv maddələrdən imtina etməyə
• səthi aktiv maddə təbəqələri olmadan turbulent, qeyri-sabit emulsiyalar yaratmağa

Ultrasəslə təkmilləşdirilmiş bərk–maye ekstraksiyası

Bərk–maye ekstraksiyasının və ya bərk fazalı ekstraksiyanın (SPE) məqsədi maye qarışıqda həll olmuş və ya asılı vəziyyətdə olan analitləri ayırmaq və onları fiziki və kimyəvi xassələrinə uyğun olaraq matrisdən təcrid etməkdir. Buna görə təcrid edilən maddə uyğun həlledicinin köməyi ilə sorbentdən elüsiya edilir. Ekstraksiya edilən maddə “elute” adlanır.
Ənənəvi SPE üsulları maserasiya, Sokslet ekstraksiyası, perkolyasiya, əks soyuducu altında işləmə ilə su buxarı distilləsinin kombinasiyası və ya yüksək sürətli qarışdırma/turboekstraksiyadır. Bərk–maye ekstraksiyası biologiya, kimya, eləcə də qida, əczaçılıq və kosmetika sənayesində birləşmələri ayırmaq üçün geniş istifadə olunan prosedurdur. Metalların ekstraksiyası həmçinin liçinq kimi tanınır.
Problem: Ənənəvi SPE üsulları çox vaxt tələb edən üsullar kimi tanınır və əsasən ətraf mühit üçün təhlükəli və çirkləndirici olan həlledicilərin nisbətən böyük miqdarlarını tələb edir. Yüksək proses temperaturları hətta istiliyə həssas ekstraktların məhvinə gətirib çıxara bilər.
Həll: Ultrasəslə dəstəklənən bərk–maye ekstraksiyası ilə ənənəvi SPE-nin geniş yayılmış problemlərini adətən aradan qaldırmaq olar. Ultrasəslə emal bərk maddələrin həlledici fazada incə dispers paylanmasını təmin etdiyindən daha böyük fazalararası sərhəd sahəsi yaranır və hədəf maddənin həllediciyə kütlə ötürülməsi yaxşılaşır. Bu, həlledicidən istifadəni azaltmaqla və ya ondan tamamilə imtina etməklə (əvəzində maye faza kimi sudan istifadə etməklə) daha sürətli və daha tam ekstraksiya ilə nəticələnir. Yüksək güclü ultrasəsin tətbiqi ilə bərk fazalı ekstraksiyanı daha səmərəli, qənaətcil və ətraf mühitə uyğun şəkildə həyata keçirmək olar. Çirkləndirici və ya təhlükəli həlledicilərin azaldılması və ya istifadədən çıxarılması sayəsində ultrasəs ekstraksiyası ətraf mühitə uyğun yaşıl proses hesab edilə bilər. İqtisadi baxımdan enerji, həlledici və vaxta qənaət sayəsində proses xərcləri azalır.

Ultrasəslə həlledici ekstraksiyası

Həlledici ekstraksiyasında birləşməni başqa bir mayedən (məsələn, sulu fazadan) həll edib ayırmaq üçün həlledicidən (məsələn, üzvi həlledicidən) istifadə olunur. Ümumiyyətlə, daha polyar həll olunan maddələr daha polyar həlledicidə, daha az polyar həll olunan maddələr isə daha az polyar həlledicidə həll olur. Həlledici ekstraksiyasından istifadə etməklə asetonitril və ya digər polyar həlledicilər vasitəsilə oksidləşmiş tiofenləri (sulfoksidlər, sulfonlar) neft fazasından ayırmaq mümkündür. Həlledici ekstraksiyasından həmçinin uran, plutonium və ya torium kimi materialları turşu məhlullarından orqanofosfat olan tri-n-butil fosfata ekstraksiya etmək üçün istifadə olunur (PUREX prosesi).
Həlledici istifadənizi azaldın: Ultrasəsin tətbiqi prosesdə həlledicilərdən istifadəni minimuma endirir və həlledicidəki məhsul yükünü optimallaşdırır. Bu, həmçinin daha sürətli və daha tam ekstraksiyaya gətirib çıxarır.
Ultrasəslə dəstəklənən oksidləşdirici kükürdsüzləşdirmə haqqında daha ətraflı oxumaq üçün buraya klikləyin!

Ultrasəslə dəstəklənən Sokslet ekstraksiyası

Sokslet ekstraksiyası sintetik və analitik laboratoriyalarda tez-tez istifadə olunan bərk–maye ekstraksiyası üsuludur. Sokslet ekstraksiyası əsasən maddənin həlledicidə yalnız məhdud həllolma qabiliyyəti olduqda və qarışıq həmin həlledicidə həll olmadıqda tətbiq edilir.
Ultrasəs Sokslet ekstraksiyası ilə çox uğurla birləşdirilə bilər; bu, çıxımın artması və ekstraksiya müddətinin qısalması ilə nəticələnir.
Ultrasəslə dəstəklənən Sokslet ekstraksiyası haqqında daha ətraflı məlumat almaq üçün buraya klikləyin!

Ultrasəslə emal vasitəsilə ərintilərdə ekstraksiya

Maye–maye ekstraksiyası maye fazalardan birinin və ya hər ikisinin ərinti olduğu qarışıqlarda, məsələn, ərimiş duzlarda və ya civə kimi ərimiş metallarda həyata keçirilə bilər. Ultrasəs axın kameralı reaktorlarda axın xətti boyunca güclü ultrasəslə emal hətta ərintilər kimi yüksək özlülüklü mayelərin emalına imkan verir.

Ultrasəslə dəstəklənən liçinq

Liçinq həll olunan maddəni inert, həll olmayan bərk daşıyıcıdan seçici şəkildə həll etmək üçün turşulardan, həlledicilərdən və ya isti sudan istifadəni təsvir edir. Liçinqdən mədənçilikdə filizlərdən metalların ekstraksiyası üçün tez-tez istifadə olunur.
Ultrasəs liçinqinin üstünlükləri:

• məsaməli materialların kiçik dəliklərini yumaq
• membranların seçiciliyini dəf etmək
• bərk maddələri dağıtmaq, təbəqələrə ayırmaq və deaqqlomerasiya etmək
• passiv təbəqələri kənarlaşdırmaq
• oksid təbəqələrinin kənarlaşdırılması
• xüsusilə yüksək səthi gərginlikli mayelərlə materialın bütün səthini islatmaq
• kəsmə təsiri ilə özlülüyün azalması

Ultrasəs liçinqi haqqında daha ətraflı məlumat almaq üçün buraya klikləyin!

İstənilən istehsal həcmi üçün Hielscher sonikatorları

Laboratoriya, masaüstü və istehsal miqyasında ultrasəslə emal: bütün Hielscher ultrasəs cihazları 24h/7d işləmək üçün hazırlanır; hətta laboratoriya ultrasəs homogenizatorları da partiyalı və ya axınlı rejimdə əhəmiyyətli həcmləri emal edə bilər. Masaüstü və sənaye ultrasəs cihazları sənaye səviyyəsində layihələndirilir və hazırlanır, buna görə böyük həcmlər və yüksək özlülüklü materiallar problemsiz emal edilə bilər – hətta yüksək təzyiq və yüksək temperatur kimi çətin şəraitdə də (məsələn, superkritik CO2 ilə birlikdə, ekstruziya prosesləri üçün və s.). Hielscher şirkətinin möhkəm ultrasəs cihazları həllediciləri, abraziv mayeləri və korroziyaedici maddələri emal edə bilir. Uyğun aksesuarlar ultrasəs sistemini ekstraksiya prosesinin tələblərinə optimal şəkildə uyğunlaşdırmağa imkan verir. Təhlükəli mühitlərdə quraşdırmaq üçün ATEX və ya FM təsnifatına uyğun partlayışdan mühafizəli ultrasəs sistemləri mövcuddur.
Beləliklə, Hielscher şirkətinin möhkəm və güclü sonikatorları və geniş aksesuar çeşidi isti su/mayelər, turşular, metal ərintiləri, duz ərintiləri, həlledicilər (məsələn, metanol, heksan; üzvi, polyar həlledicilər, məsələn, asetonitril) kimi materialları ultrasəslə emal etməyə imkan verir.

Axın sxemi: ultrasəslə fazalararası köçürmə ekstraksiyasının mərhələləri