Sinteza poliola putem ultrazvučne transesterifikacije

Polioli su sintetički estri proizvedeni uglavnom putem transesterifikacije triglicerida iz povrtnih ulja ili životinjskih masti. Ovi polioli su sirovina za proizvodnju poliuretana, biolubrikanta i drugih cemikalija. Ultrasonication se koristi za poboljšanje transesterifikacijskih reakcija primjenom intenzivnih sila smicanja i termalne energije. Ultrazvuk i njegovi sonohemijski efekti opskrbljuju reakciju energijom i pomažu u prevazilasku ograničenja prijenosa mase. Time, sonication značajno poboljšava brzinu transesterifikacije, prinos, i ukupnu efikasnost.

Transesterifikacija uz pomoć ultrazvuka

Transesterifikacijske reakcije su jedan od najvažnijih puteva sinteze i naširoko se koriste kao efikasna tehnika pretvaranja povrtnih ulja u zamjene za naftne proizvode. Sono-sinteza (također sonohemska sinteza, koja je hemijska sinteza promovisana putem ultrazvuka visokih performansi), dobro je poznata po blagotvornim učincima na transesterifikaciju kao i drugim hemijskim procesima.

Sustainable Polyol Synthesis from Vegetable Oils using Ultrasound

Biljne izvedene masne kiseline, dakle biljna ulja, su široko dostupna i obnovljiva sirovina i mogu se koristiti za pripremu biobasednih poliola i poliuretana. Primjenom ultrazvuka snage stvaraju se povoljani sonohemijski efekti, koji značajno ubrzavaju katalitske reakcije transesterifikacije. Osim toga, sonication pojačava prinos sintetiziranih poliola kao intenzivne energije miješanja akustične kavitacije prevazilaženje ograničenja prijenosa mase. Poznato je da ultrazvučne reakcije transesterifikacije efikasno trče sa nižim alkoholom i katalizom kao konvencionalne reakcije transesterifikacije. To dovodi do poboljšane ukupne efikasnosti ultrasonikom.

Ultrazvučna sinteza biolubrikanta na bazi pentaeritritola

Pentaerithritol ester se može efikasno sintetizirati iz ulja repice putem sonohemijskih procesa u dva koraka kao što je pokazao istraživački tim Arumugama. U svojoj studiji optimizacije, istraživači su koristili Hielscher ultrasonicator UP400St (vidi sliku lijevo). U prvoj sonohemijski promovisanoj transesterifikaciji, uljane repice reagiraju metanolom na metil ester. U drugom koraku transesterifikacije, metil ester reagira sa ksilenom i katalizom na pentaerikritol ester. Istraživač se fokusirao na optimizaciju parametara ultrazvučnog procesa kako bi se poboljšao prinos i sveukupna efikasnost sinteze pentaeritritol estera pod ultrazvukom. Poboljšani prinos od 81,4% pentaeritritol estera je ostvaren sa ultrazvučnim pulsom od 15 s, ultrazvučnom amplitudom od 60%, koncentracijom katalizista od 1,5 wt%, i temperaturom reakcije od 100°C. Za kontrolu kvaliteta, sonohemijski sintetizovani pentaeritratol ester je upoređen sa sintetičkim uljem kompresora. U zakljuci, studija sugerira da je ultrazvučno promovisani proces sukcesije je efikasna metoda za zamjenu konvencionalnog uzastopnog procesa transesterifikacije za sintezu biolubrikanta baziranog na pentaeritritol esteru. Glavne prednosti ultrazvučnog procesa transesterifikacije su povećani prinosi pentaeritritol estera, skraćeno vrijeme reakcije i znatno niže temperature reakcije. (cf. Arumugam et al., 2019)

Ultrazvučno je intenzivirao dvostedijnu transesterifikaciju ulja od repice do estera pentaeritritola.
(adapted from Arumugam et al., 2019)

Pentanal-Derived Acetal Esters via Ultrasonic Synthesis

Istraživački tim Kurniawana sintetizirao je tri acetalna estera izvedena pentanalno putem sonohemijskih metoda u kojima su se koristili principi zelene hemije. Sonication je korišten za promociju dva hemijska koraka:

1. Esterifikacija 9,10-dihydroxyoctadecanoic kiseline
2. Acetaliziranje alkila 9,10-dihidroksioktadekanoat

Da bi se proizveli esteri alkila 9,10- dihidroksistearat potrebna su dva koraka i dobiveni su prinosi od 67-85%. Za procjenu efikasnosti, sonohemijski metod je uspoređen sa konvencionalnom tehnikom refluksa. Nadalje, homogeni i čvrsti kiseli kataliztori, i to sumporna kiselina (H2SO4), prirodni bentonit, i H-bentonit, korišteni su za određivanje uticaja i efikasnosti različitih katalizista. Pronađeno je da je sonohemska esterifikacija kiseline-katalizirane H-bentonitom dala proizvode u do 70% prinosa u 3 puta kraćem vremenu reakcije od refluks metode, što je izvanredno. Konačni korak acetalizacije sa n-pentanal u prisustvu H-bentonita koristeći ultrasonication je priuštio tri pentano-izvedena dioksolana derivata u 69-85% prinosa, koji su viši od konvencionalne metode. Metoda refluksa zahtijevala je duže vrijeme reakcije od sonohemičke metode pošto je ultrazvučna sinteza zahtijevala samo 10-30min. Uz značajno kraće vrijeme reakcije pod sonicationom, izuzetan prinos svakog estra je dobiven pomoću sonohemijskih metoda.
Istraživač je također izračunao da su energetski zahtjevi sonohemske reakcije cca 62 puta niži od onog konvencionalnog metoda. To smanjuje troškove i ekološki je.
Ispitivanje fiziohemijskih svojstava svakog proizvoda je otkrilo da je metil 8-(2-butil-5-oktil-1,3-dioksolan-4-yl)oktanoat potencijalni roman biolubrikant sa funkcionalnostima za zamjenu zajedničkih maziva. (cf. Kurniawan et al., 2021)

Transesterifikacija Pentaerythryl Esters pomoću Ultrazvuka

Pentaerithryl estiri se mogu dobiti iz povrtnih ulja kao što su suncokret, laneneed, i jatrofino ulje. Istraživački tim Hashema pokazao je sintezu biobased maziva putem uzastopnih transesterifikacija koje uključuju dva transesterifikacijska koraka. Oni su demonstrirali izvodljivosti sinteze koristeći suncokret, seno, i jatrofino ulje. U prvom koraku, ulja su pretvorena u odgovarajuće metil estere. U drugom procesu, metil esti su pretvoreni u pentaeritrale djelovanjem pentaerikritola kao što je prikazano u sljedećoj shemi: (cf. Hashem et al., 2013)

Nakon transesterifikacije povrtnog ulja u metil ester, metil estri se pretvaraju u pentaerikrila djelovanjem pentaerikritola kao što je prikazano u gore navedenoj shemi.
(cf. Hashem et al., 2013)

Značajno poboljšanje reakcija efekti ultrasonication na transesterifikaciju su naučno dokazani i već od decenija industrijski usvojeni. Najiskasniji primjer za ultrazvučno poboljšanu tranesterifikaciju je konverzija ulja i masti u metil ester masne kiseline (FAME), poznat kao biodizel.
Pročitajte više o transesterifikaciji (otpadnih) ulja i masti u biodizel uz pomoć ultrazvuka!

Ultrazvučne sonde i reaktori za transesterifikaciju i druge hemijske sinteze

Hielscher Ultrasonics je vaš specijalista kada je riječ o sofisticiranim ultrasonikatorima visokih performansi za sonohemičke reakcije. Hielscher dizajnira, proizvodi i distribuira ultrasonikatore i pribor visoke snage kao što su sonde (sonotrodi), reaktori, i ćelije protoka u bilo koju veličinu i snabdijeva hemijske laboratorije kao i postrojenja za hemijsku proizvodnju u industrijskim razmjerima. Od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja do industrijskih ultrazvučnih sondi i reaktora, Hielscher ima idealan ultrazvučni sistem za vaš proces. Sa dugim iskustvom u aplikacijama kao što su sono-kataliza i sono-sinteza, naše dobro obučeno osoblje će vam preporučiti najpogostenije podešavanje za vaše zahtjeve.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne sisteme visokih performansi vrlo visoke robusnosti i sposoban isporučiti intenzivne ultrazvučne valove budući da svi Hielscher industrijski ultrazvučnici mogu isporučiti vrlo visoke amplitude u kontinuiranom pogonu (24/7). Robusni ultrazvučni sistemi ne zahtijevaju gotovo nikakvo održavanje i izgrađeni su za vođenje. To čini Hielscher ultrazvučnu opremu pouzdanom za teške aplikacije pod zahtjevnim uvjetima. Na raspolaganju su i posebne sonotrode za visokotemeraturne ili vrlo oštre hemikalije.
Najkvalitetnije – Dizajniran i napravljen u Njemačkoj: Sva oprema je dizajnirana i proizvedena u našem zaglavlju u Njemačkoj. Prije isporuke klijentu, svaki ultrazvučni uređaj se pažljivo testira pod punim teretom. Težimo zadovoljstvu kupaca i naša proizvodnja je strukturiran kako bi ispunila najkvalitetnije osiguranje (npr. ISO certifikacija).

Tabela u nastavku daje naznaku približan kapacitet prerade naših ultrasonicators: