Ултразвукова каталитична екстракция

Ултразвуковите реактори на Hielscher се използват в много индустрии за подпомагане и подобряване на обработката на каталитична екстракция (CEP) или така наречената фазово-трансферна екстракция (PTE). Каталитичната екстракция включва хетерогенна несмесваща се фазова система, като течност-течност или течност-твърдо вещество. Ултразвуковите сили на срязване и кавитация значително подобряват скоростта на разтваряне на разтворените вещества, което води до по-бърза и по-пълна екстракция. Освен това този ефект може да се използва за намаляване на количеството използван разтворител или киселина. Като доказана техника, ултразвуковата екстракция се използва все по-често поради нарастващото търсене на екологични техники за екстракция със съкратено време за екстракция и намалена консумация на органични разтворители.

Каталитична екстракция/екстракция с фазов трансфер – Основите

Терминът “Обработката на каталитична екстракция (CEP) или фазово-трансферната екстракция (PTE) описва разпределението течност-течност или твърдо-течност, когато екстракцията и отстраняването на аналити са фокусирани. Следователно течният или твърд разредител трябва да се диспергира/емулгира в разтворителя (течна фаза). По термина “екстрактант” описано е само активното вещество в разтворителя (т.е. хомогенната "органична фаза"’ който включва екстрагента, разредителя и/или модификатора), който е основно отговорен за прехвърлянето на разтвореното вещество от "водното" вещество’ към "органичен’ фаза. [IUPAC]. Целевата материя, която се извлича, се нарича екстракт.
Традиционните методи за екстракция като екстракция със сокхлет, мацерация, микровълнова печка, перколация, екстракция с обратен и парен поток или турбоекстракция често са бавни и неефективни и/или изискват голямо количество опасни разтворители, което води до скъпоефективен и отнемащ време процес, който е вреден за околната среда.
Ултразвукът е доказана алтернатива на конвенционалните методи за екстракция, осигурявайки по-бърза и по-пълна екстракция с по-малко или никакви опасни разтворители! Ултразвукът е мощна техника за зелена, удобна за здравето обработка.

Принцип на ултразвуково подпомагана каталитична екстракция

За извличането на вещество несмесващите се фази трябва да се смесят, така че веществото, което трябва да бъде извлечено, да може да се разтвори от носещата фаза във фазата на разтворител. Най-често фазово-трансферните екстракции се извършват от дисперсна фаза в непрекъсната фаза, което означава, че капчиците и частиците трябва да бъдат диспергирани хомогенно в разтворителя.
Мощният ултразвук е добре позната технология за смесване и екстракция, която има няколко положителни ефекта върху процеса на екстракция:

Предимства на ултразвуковата екстракция:

• Прекъсване на граничните слоеве
• преодоляване на силите на Ван-дер-Ваалс
• Преместете ненаситената течност към контактната повърхност
• намаляване или премахване на необходимостта от трансферни агенти
• намаляване на времето, температурата и/или концентрацията
• по-малко излишък в сравнение с обема, необходим за пълно насищане
• по-малък обем за рафиниране (напр. чрез дестилация, изпаряване, сушене)
• без реактори с непрекъснато разбъркване (CSR)
• Пестене на енергия
• без дозиране, а вградена обработка
• използвайте по-малко киселинен или по-евтин разтворител
• Избягвайте разтворители, вместо това използвайте водни
• обработват суспензии с високи концентрации на твърди вещества или суспензии с висок вискозитет
• зелена обработка: екологична
• използвайте органични киселини, като ябълчена киселина или лимонена киселина
• Избягвайте многоетапни процеси на извличане

течно-течна екстракция

Конвенционален процес: Екстракцията течност-течност е метод на разделяне за извличане на вещества от една течна фаза в друга течна фаза въз основа на относителната разтворимост на веществата в двете различни несмесващи се течни фази. Използването на ултразвук подобрява скоростта, с която разтвореното вещество се прехвърля между двете фази чрез висока производителност смесване, Емулгиранеи разтваряне!
Течно-течната екстракция е техника на разделяне за изолиране и концентриране на ценни компоненти от воден разтвор с помощта на органичен разтворител. Екстракцията течност-течност често се прилага, когато други техники за разделяне (напр. дестилация) са неефективни. Течно-течната екстракция се използва във фармацевтичната & козметика (активни съединения, АФИ, аромати), както и хранително-вкусова и селскостопанска промишленост, за органична и неорганична химия, нефтохимическа промишленост и хидрометалургия.

Проблем: Често срещан проблем е несмесимостта на течните фази (разтворителят и разредителят не се смесват), така че е необходим подходящ метод на смесване. Тъй като равномерното смесване на двете течни фази насърчава фазовия трансфер между разредителя и разтворителя, надеждният метод за диспергиране или емулгиране е от решаващо значение. Колкото по-фина е сместа и колкото по-висока е контактната площ между двете фази, толкова по-добре разтворителят може да премине от една течна фаза в друга течна фаза. Конвенционалните процеси на екстракция най-често не насърчават масовия трансфер, така че процесът на екстракция е бавен и често непълен. За подобряване на екстракцията често се използват прекомерни количества разтворител, което прави процеса скъп и замърсяващ околната среда.
 

 
Решение: Ултразвуковата течно-течна екстракция превъзхожда традиционните техники за екстракция течност-течност в различни точки:
Мощният ултразвук смесва две или повече течни фази надеждно и лесно заедно. Чрез ултразвук капчиците могат да бъдат намалени до наноразмер, така че фини микро- и нано-емулсии се получават. По този начин генерираните кавитационни сили насърчават преноса на маса между течните фази. Тъй като ултразвукът може да се изпълнява в непрекъсната вградена система, големи обеми и Силно вискозни течности може да се обработва без проблеми.
Но също така микроекстракцията, например за аналитични цели, може да бъде подобрена и чрез ултразвукова обработка (напр. микроекстракция на основата на йонна течност с ултразвукова емулгация).

Предимства на ултразвуковата екстракция:
Мощни ултразвукови сили – генериран от нискочестотен/високомощен ултразвук – помага за

• Преоформяйте капчиците
• Избягвайте емулсионни трансферисти или амфифилни катализатори
• Избягвайте използването на почистващи препарати или повърхностноактивни вещества
• Избягвайте амфифилни каталсти, детергенти или повърхностноактивни вещества
• генерират турбулентни нестабилни емулсии без повърхностноактивни слоеве

Твърдо-течна екстракция, подобрена чрез ултразвук

Целта на твърдо-течната екстракция или твърдофазната екстракция (SPE) е да се отделят аналити, които са разтворени или суспендирани в течна смес, и да се изолират от матрица според техните физични и химични свойства. Следователно изолатът се елуира от сорбените с помощта на подходящ разтворител. Извлеченото вещество се нарича елует.
Конвенционалните техники на SPE са мацерация, екстракция на сокслет, перколация, комбинация от обратен и парна дестилация или високоскоростно смесване/турбоекстракция. Твърдо-течната екстракция е често срещана процедура за разделяне на съединения в биологията, химията, както и в хранителната, фармацевтичната и козметичната промишленост. Извличането на метали е известно още като извличане.
Проблем: Конвенционалните техники за SPE са известни като отнемащи време и изискват относително големи количества разтворители, които са предимно опасни за околната среда и замърсяващи. Високите температури на процеса могат дори да доведат до унищожаване на термично чувствителни екстракти.
Решение: С ултразвукова екстракция на твърдо-течно вещество често срещаните проблеми на традиционния SPE могат да бъдат преодолени. Тъй като ултразвукът осигурява фино разпределение на твърдите вещества във фазата на разтворителя, е налична по-голяма междинна граница, така че да се подобри масовият трансфер на целевото вещество в разтворителя. Това води до по-бърза и по-пълна екстракция, докато използването на разтворителя се намалява или напълно избягва (вместо това използвайте вода като течна фаза). Чрез прилагането на мощен ултразвук твърдофазната екстракция може да се извърши по-ефективно, икономично и щадяща околната среда. Поради намаляването или избягването на замърсяващи или опасни разтворители, ултразвуковата екстракция може да се счита за екологична Зелен процес. Икономически разходите за процеса се намаляват поради спестяването на енергия, разтворител и време.

ултразвукова екстракция с разтворител

В случай на екстракция с разтворител се използва разтворител (напр. органичен разтворител) за разтваряне и отделяне на съединение от друга течност (напр. водна фаза). Като цяло повече полярни разтворени вещества се разтварят в по-полярния разтворител и по-малко полярни разтворени вещества в по-малко полярния разтворител. С помощта на екстракция с разтворител е възможно да се отделят окислени тиофени (сулфоксиди, сулфони) от маслена фаза с помощта на ацетонитрил или други полярни разтворители. Екстракцията с разтворител се използва и за извличане на материали, като уран, плутоний или торий от киселинни разтвори в органофосфат три-N-бутил фосфат (процес PUREX).
Намалете употребата на разтворители: Използването на ултразвук минимизира използването на разтворители в процеса и оптимизира натоварването на продукта в разтворителя. Освен това води до по-бърза и по-пълна екстракция.
Щракнете тук, за да прочетете повече за ултразвуково подпомаганата окислителна десулфуризация!

Ултразвукова екстракция на Soxhlet

Екстракцията на Soxhlet е техника за екстракция на твърдо-течно вещество, често използвана синтетични и аналитични лаборатории. Екстракцията по Soxhlet се прилага главно, когато дадено вещество има само ограничена разтворимост в разтворител и примесите са неразтворими в този разтворител.
Ултразвукът може много успешно да се комбинира с екстракция на Сокслет, което води до увеличени добиви и по-кратко време за екстракция.
Моля, щракнете тук, за да научите повече за ултразвуково асистираното извличане на Soxhlet!

Екстракция в стопилки с помощта на соникация

Екстракцията течност-течност може да се извърши в смеси, където едната или двете течни фази са стопилки, като разтопени соли или разтопени метали, като живак. Мощната вградена ултразвукова ултразвукова клетъчна реакция позволява обработка дори на течности с висок вискозитет като стопилки.

Ултразвуково подпомагано извличане

Извличането описва използването на киселини, разтворители или гореща вода за селективно разтваряне на разтворено вещество от инертен неразтворим твърд носител. Извличането често се използва в минното дело за извличане на метали от руди.
Предимства на ултразвуковото извличане:

• измийте малки отвори от порести материали
• преодоляване на селективността на мембраните
• унищожават твърдите вещества, разслояват и деагломерират твърдите вещества
• премахване на пасивни слоеве
• отстраняване на оксидните слоеве
• Намокрете цялата повърхност на материала, особено за течности с високо повърхностно напрежение
• Изтъняване на срязване

Кликнете тук, за да научите повече за ултразвуковото извличане!

Соникатори Hielscher за всеки производствен обем

Сониране в лабораторен, настолен и производствен мащаб: Всички ултразвукови устройства на Hielscher са създадени да работят 24 часа/7 часа, дори ултразвуковите лабораторни хомогенизатори могат да обработват значителни обеми в партиден или проточен режим. Настолните и индустриалните ултразвукови апарати са проектирани и произведени в индустриален клас, така че големи обеми и висок вискозитет да могат да се обработват без проблеми – дори при тежки условия като високо налягане и високи температури (напр. в комбинация със свръхкритичен CO2, за екструзионни процеси и др.). Здравите ултразвукови апарати на Hielscher са способни да се справят с разтворители, абразивни течности и корозивни вещества. Подходящите аксесоари позволяват оптималното адаптиране на ултразвуковата система към изискванията на процеса на екстракция. За монтаж в опасни среди, ATEX или FM рейтинг взривозащитени ултразвукови системи са налични.
По този начин здравите и мощни ултразвукови уреди на Hielscher и широката гама от аксесоари позволяват ултразвук на материали като гореща вода/течности, киселини, метални стопилки, солни стопилки, разтворители (напр. метанол, хексан; органични, полярни разтворители например ацетонитрил).

Блок-схема: Етапи на ултразвуков фазов трансфер