Ultrazvukem asistovaná katalytická extrakce

Ultrazvukové reaktory Hielscher se používají v mnoha průmyslových odvětvích k podpoře a zlepšení zpracování katalytické extrakce (CEP) nebo takzvané extrakce s fázovým přenosem (PTE). Katalytická extrakce zahrnuje heterogenní systém nemísitelné fáze, jako je kapalina-kapalina nebo kapalina-pevná látka. Ultrazvukové vysoké smykové a kavitační síly výrazně zlepšují rychlost rozpouštění rozpuštěných látek, což vede k rychlejší a úplnější extrakci. Kromě toho lze tento efekt použít ke snížení množství použitého rozpouštědla nebo kyseliny. Jako osvědčená technika se ultrazvukem asistovaná extrakce používá stále více kvůli rostoucí poptávce po ekologických extrakčních technikách se zkrácenou dobou extrakce a sníženou spotřebou organických rozpouštědel.

Katalytická extrakce/extrakce s fázovým přenosem – Základy

Termín “Zpracování katalytickou extrakcí (CEP) nebo extrakce s fázovým přenosem (PTE) popisuje distribuci kapalina-kapalina nebo pevná látka-kapalina, když je zaměřena extrakce a odstraňování analytů. Proto musí být kapalné nebo pevné ředidlo dispergováno/emulgováno do rozpouštědla (kapalná fáze). Podle pojmu “extrakční činidlo” Popisuje se pouze účinná látka v rozpouštědle (tj. homogenní "organická fáze")’ který obsahuje extrakční činidlo, ředidlo a/nebo modifikátor), který je primárně odpovědný za přenos rozpuštěné látky z "vodného roztoku"’ k "organickému’ fáze. [IUPAC]. Cílová hmota, která je extrahována, se nazývá extrakt.
Tradiční extrakční metody, jako je Soxhlenova extrakce, macerace, mikrovlnná trouba, perkolace, extrakce refluxem a parní destilace nebo turboextrakce, jsou často pomalé a neúčinné a/nebo vyžadují velké množství nebezpečných rozpouštědel, což vede k nákladově a časově náročnému procesu, který je škodlivý pro životní prostředí.
Ultrazvuk je osvědčenou alternativou ke konvenčním extrakčním metodám, která poskytuje rychlejší a úplnější extrakci s méně nebo žádnými nebezpečnými rozpouštědly! Ultrazvuk je výkonná technika pro zelené zpracování šetrné k životnímu prostředí.

Princip ultrazvukem asistované katalytické extrakce

Při extrakci látky musí být nemísitelné fáze smíchány tak, aby látka, která má být extrahována, mohla být rozpuštěna z nosné fáze do fáze rozpouštědla. Nejčastěji se extrakce s fázovým přenosem provádí z disperzní fáze do kontinuální fáze, což znamená, že kapičky a částice musí být homogenně dispergovány do rozpouštědla.
Výkonový ultrazvuk je známá technologie míchání a extrakce, která má několik pozitivních účinků na proces extrakce:

Výhody ultrazvukové extrakce:

• Přerušení hraničních vrstev
• překonat van der-Waalsovy síly
• Přesuňte nenasycenou kapalinu na kontaktní povrch
• snížit nebo eliminovat potřebu přenosových prostředků
• Zkrácení času, teploty a/nebo koncentrace
• menší přebytek ve srovnání s objemem potřebným pro plné nasycení
• menší objem určený k rafinaci (např. destilací, odpařováním, sušením)
• žádné kontinuálně míchané reaktory (CSR)
• Šetřete energii
• Žádné dávkování, ale inline zpracování
• Použijte méně kyselé nebo levnější rozpouštědlo
• Vyhněte se rozpouštědlům, místo toho použijte vodný
• Zpracování vysokých koncentrací pevných látek nebo suspenzí s vysokou viskozitou
• Ekologické zpracování: šetrné k životnímu prostředí
• Používejte organické kyseliny, jako je kyselina jablečná nebo kyselina citronová
• Vyhněte se vícestupňovým procesům extrakce

extrakce kapalina-kapalina

Konvenční proces: Extrakce kapalina-kapalina je metoda rozdělení látek z jedné kapalné fáze do druhé kapalné fáze na základě relativní rozpustnosti látek ve dvou různých nemísitelných kapalných fázích. Použití ultrazvuku zlepšuje rychlost, jakou se rozpuštěná látka přenáší mezi dvěma fázemi, díky vysokému výkonu směšování, Emulgátora rozpouštěcí!
Extrakce kapalina-kapalina je separační technika k izolaci a koncentraci cenných složek z vodného roztoku pomocí organického rozpouštědla. Extrakce kapalina-kapalina se často používá v případě, že jiné separační techniky (např. destilace) jsou neúčinné. Extrakce kapalina-kapalina se používá ve farmaceutickém průmyslu & kosmetika (účinné látky, API, vonné látky), stejně jako potravinářský a zemědělský průmysl, pro organickou a anorganickou chemii, petrochemický průmysl a hydrometalurgii.

Problém: Častým problémem je nemísitelnost kapalných fází (rozpouštědlo a ředidlo jsou nemísitelné), takže je nutná správná metoda míchání. Vzhledem k tomu, že rovnoměrné promíchání obou kapalných fází podporuje přenos fází mezi ředidlem a rozpouštědlem, je rozhodující spolehlivá metoda dispergace nebo emulgace. Čím jemnější je směs a čím vyšší je kontaktní plocha mezi oběma fázemi, tím lépe může rozpuštěná látka cestovat z jedné kapalné fáze do druhé kapalné fáze. Konvenční těžební procesy většinou postrádají podporu přenosu hmoty, takže proces extrakce je pomalý a často neúplný. Pro zlepšení extrakce se často používá nadměrné množství rozpouštědla, což proces prodražuje a znečišťuje životní prostředí.
 

 
Řešení: Ultrazvuková extrakce kapalina-kapalina vyniká tradičními technikami extrakce kapalina-kapalina v různých bodech:
Výkonový ultrazvuk míchá dvě nebo více kapalných fází spolehlivě a snadno dohromady. Ultrazvuku mohou být kapičky redukovány na nano-velikost, takže jemné Mikroemulze a nanoemulze jsou získány. Generované kavitační síly tak podporují přenos hmoty mezi kapalnými fázemi. Vzhledem k tomu, že sonikace může být spuštěna v kontinuálním inline-systému, Velké objemy a vysoce viskózní kapaliny lze s ním bez problémů manipulovat.
Ale také mikroextrakce, např. pro analytické účely, může být vylepšena také sonikací (např. Mikroextrakce na bázi iontové kapaliny s ultrazvukovou emulgací).

Výhody ultrazvukové extrakce:
Silné ultrazvukové síly – generované ultrazvukem s nízkou frekvencí / vysokým výkonem – pomáhá

• Změna tvaru kapek
• vyhněte se emulzním přenosovým činidlům nebo amfifilním katalyzátorům
• Vyhněte se používání čisticích prostředků nebo povrchově aktivních látek
• Vyhněte se amphiphillickým katalistu, detergentům nebo povrchově aktivním látkám
• Vytvářejte turbulentní nestabilní emulze bez povrchově aktivních vrstev

Extrakce pevná látka-kapalina vylepšená ultrazvukem

Cílem extrakce pevná látka-kapalina nebo extrakce na pevné fázi (SPE) je oddělit analyty, které jsou rozpuštěny nebo suspendovány v kapalné směsi, a izolovat je od matrice podle jejich fyzikálních a chemických vlastností. Proto se izolát eluuje ze sorbenů pomocí vhodného rozpouštědla. Extrahovaná látka se nazývá elute.
Konvenčními technikami SPE jsou macerace, Soxhletova extrakce, perkolace, kombinace refluxu a parní destilace nebo vysokorychlostní míchání/turboextrakce. Extrakce pevná látka a kapalina je běžný postup separace sloučenin v biologii, chemii a také v potravinářském, farmaceutickém a kosmetickém průmyslu. Těžba kovů je také známá jako loužení.
Problém: Konvenční techniky SPE jsou známé jako časově náročné a vyžadují relativně velké množství rozpouštědel, která jsou většinou nebezpečná pro životní prostředí a znečišťující. Vysoké procesní teploty mohou dokonce vést ke zničení extraktů citlivých na teplo.
Řešení: S ultrazvukem asistovanou extrakcí pevná látka-kapalina lze běžné problémy tradičního SPE normálně překonat. Vzhledem k tomu, že sonikace zajišťuje jemnou distribuci pevných látek ve fázi rozpouštědla, je k dispozici větší mezifázová hranice, takže se zlepšuje přenos hmoty cílové látky do rozpouštědla. To má za následek rychlejší a úplnější extrakci, zatímco použití rozpouštědla je omezeno nebo zcela vyloučeno (místo toho se používá voda jako kapalná fáze). Použitím výkonového ultrazvuku může být extrakce pevné fáze provedena účinněji, ekonomičtěji a šetrněji k životnímu prostředí. Vzhledem ke snížení nebo zamezení znečišťujících nebo nebezpečných rozpouštědel lze ultrazvukovou extrakci považovat za šetrnou k životnímu prostředí Ekologický proces. Z ekonomického hlediska jsou procesní náklady sníženy díky úspoře energie, rozpouštědel a času.

Ultrazvuková extrakce rozpouštědla

V případě extrakce rozpouštědlem se rozpouštědlo (např. organické rozpouštědlo) použije k rozpuštění a oddělení sloučeniny od jiné kapaliny (např. vodné fáze) rozpouštědlo. Obecně platí, že čím více polárních rozpuštěných látek se rozpouští v polárnějším rozpouštědle a tím méně polárních rozpuštěných látek v méně polárním rozpouštědle. Pomocí extrakce rozpouštědlem je možné oddělit oxidované thiofeny (sulfoxidy, sulfony) z olejové fáze pomocí acetonitrilu nebo jiných polárních rozpouštědel. Extrakce rozpouštědlem se také používá k extrakci materiálů, jako je uran, plutonium nebo thorium, z kyselých roztoků na organofosfát tri-N-butylfosfát (proces PUREX).
Snižte spotřebu rozpouštědel: Použití ultrazvuku minimalizuje použití rozpouštědel v procesu a optimalizuje zatížení produktu v rozpouštědle. Vede také k rychlejší a úplnější extrakci.
Klikněte zde a přečtěte si více o ultrazvukem asistovaném oxidačním odsíření!

Ultrazvukem asistovaná extrakce Soxhleta

Soxhletova extrakce je technika extrakce pevná látka a kapalina, často používaná syntetické a analytické laboratoře. Soxhletova extrakce se používá hlavně tehdy, když má látka pouze omezenou rozpustnost v rozpouštědle a nečistota je v tomto rozpouštědle nerozpustná.
Ultrazvuk lze velmi úspěšně kombinovat se Soxhletovou extrakcí, což vede ke zvýšení výnosů a zkrácení doby extrakce.
Klikněte prosím zde, abyste se dozvěděli více o ultrazvukem asistované extrakci Soxhleta!

Extrakce v taveninách pomocí sonikace

Extrakce kapalina-kapalina může být prováděna ve směsích, kde je buď jedna nebo obě kapalné fáze taveniny, jako jsou roztavené soli nebo roztavené kovy, jako je rtuť. Výkonná inline sonikace v ultrazvukových reaktorech s průtokovými buňkami umožňuje zpracování i kapalin s vysokou viskozitou, jako jsou taveniny.

Ultrazvukem asistované louhování

Vyluhování popisuje použití kyselin, rozpouštědel nebo horké vody k selektivnímu rozpuštění rozpuštěné látky z inertního nerozpustného pevného nosiče. Vyluhování se často používá při těžbě kovů z rud.
Výhody ultrazvukového louhování:

• Umyjte malé otvory z porézních materiálů
• překonat selektivitu membrán
• ničit pevné látky, delaminovat a deaglomerovat pevné látky
• odstranění pasivních vrstev
• odstranění oxidových vrstev
• Navlhčete celý povrch materiálu, zejména u kapalin s vysokým povrchovým napětím
• Smykové ztenčení

Klikněte zde a dozvíte se více o ultrazvukovém loužení!

Hielscher sonikátory pro jakýkoli objem výroby

Sonikace v laboratoři, stolní a výrobní měřítko: Všechna ultrazvuková zařízení Hielscher jsou postavena tak, aby běžela 24 hodin / 7 dní, dokonce i ultrazvukové laboratorní homogenizátory mohou zpracovávat značné objemy buď v dávkovém nebo průtokovém režimu. Stolní a průmyslové ultrasonicators jsou navrženy a vyrobeny na průmyslové úrovni, takže lze bez problémů zpracovávat velké objemy a vysoké viskozity – a to i za náročných podmínek, jako jsou vysoké tlaky a vysoké teploty (např. v kombinaci se superkritickým CO2, pro extruzní procesy atd.). Hielscherovy robustní ultrasonicators jsou schopné manipulovat s rozpouštědly, abrazivními kapalinami a žíravinami. Vhodné příslušenství umožňuje optimální přizpůsobení ultrazvukového systému požadavkům extrakčního procesu. Pro instalaci v nebezpečných prostředích, s krytím ATEX nebo FM Ultrazvukové systémy odolné proti výbuchu jsou k dispozici.
Tímto způsobem Hielscher robustní a výkonné sonikátory a široká škála příslušenství umožňuje sonikovat materiály, jako je horká voda / kapaliny, kyseliny, kovové taveniny, solné taveniny, rozpouštědla (např. methanol, hexan; organické, polární rozpouštědla např. acetonitril).

Vývojový diagram: Fáze extrakce ultrazvukovým přenosem fáze