Tecnología de ultrasonido de Hielscher

Extracción Catalítica Asistida por Ultrasonidos

reactores de ultrasonidos Hielscher se utilizan en muchas industrias para ayudar y mejorar el procesamiento catalítico de extracción (CEP) o la llamada extracción de transferencia de fase (PTE). extracción catalítica implica un sistema de fase inmiscible heterogéneo, tal como líquido-líquido o líquido-sólido. Ultrasónico de alta cizalladura y fuerzas de cavitación mejorar las tasas de disolución de solutos que conducen de manera significativa a una extracción más rápida y completa. Además, este efecto se puede utilizar para reducir la cantidad de disolvente o ácido utilizado. Como una técnica probada, la extracción asistida por ultrasonidos se utiliza cada vez más debido a una creciente demanda de técnicas de extracción del medio ambiente-amistosas con tiempo de extracción reducido y un menor consumo de disolvente orgánico.

Catalítica Extracción / fase de transferencia de Extracción - Fundamentos

El termino “Catalytic Extracción Processing (CEP) o extracción de transferencia de fase (PTE) describe la distribución líquido-líquido o sólido-líquido cuando se centra la extracción y eliminación de los analitos. Por lo tanto, el diluyente líquido o sólido tiene que ser dispersado / emulsionado en el (fase líquida) del disolvente. Por el término “extractante” solamente la sustancia activa en el disolvente se describió (es decir, la ‘fase orgánica homogénea’ que comprende el agente de extracción, el diluyente y / o el modificador) que es principalmente responsable de la transferencia de soluto desde la ‘acuosa’ a la ‘orgánica’ fase. [IUPAC]. La materia diana, que se extrae se denomina extracto.
métodos de extracción tradicionales tales como extracción Soxhlet, maceración, microondas, percolación, extracción bajo reflujo y destilación al vapor, o turbo-extracción son a menudo lento e ineficiente y / o requieren una alta cantidad de disolventes peligrosos resultantes en un proceso que consume costo intensiva y tiempo que es perjudicial para el medio ambiente.
El ultrasonido es una alternativa probada a los métodos de extracción convencionales proporcionando una extracción más rápida y más completa con menos o sin disolventes peligrosos! La ecografía es una técnica poderosa para el procesamiento verde, evironmental ambiente.

Principio de asistida por ultrasonidos Extracción Catalítica

Para la extracción de una sustancia, las fases inmiscibles deben mezclarse de manera que la sustancia a extraer puede ser disuelto de la fase de la portadora en la fase de disolvente. Más comúnmente extracciones de transferencia de fase se realizan a partir de una fase dispersa en una fase continua, lo que significa gotitas y partículas necesitan ser dispersados ​​homogéneamente en el disolvente.
ultrasonidos de potencia es una conocida tecnología de mezcla y de extracción que tiene varios efectos positivos en el proceso de extracción:

  • cinética de la reacción mejoradas
  • mezcla fina de portadoras (Sorbens) y el disolvente
  • El aumento interfacial entre las dos fases
  • aumento de la transferencia de masa
  • La eliminación de capas de pasivación de la superficie de la partícula
  • ruptura celular & Ruptura celular
  • extracción más completa que resulta en rendimientos más altos
  • Sencillo & operación de almacenamiento
  • Proceso Verde: respetuoso del medio ambiente

Principio de funcionamiento de la cavitación ultrasónica

Las ventajas arriba mencionadas de los ultrasonidos sobre los procesos de extracción son efectos de ultrasonidos cavitación. Cuando las poderosas ondas de ultrasonido se acoplan en un medio líquido, las olas crean ciclos de alta presión / baja presión. Durante los ciclos de baja presión, pequeñas burbujas o huecos emergen en el líquido sonicado. Estas burbujas crecen en varios ciclos de baja presión hasta que no pueden absorber más energía. Cuando las burbujas han alcanzado la etapa de máxima absorción de energía, colapsan violentamente durante un ciclo de alta presión. La implosión de burbujas crea condiciones locales muy extremas, como temperatura muy alta (aproximadamente 5.000 K), presiones muy altas (aproximadamente 2.000 a.m.), velocidades de enfriamiento muy elevadas y chorros de líquido con velocidades de hasta 280 m / s (aproximadamente 630 mph). . Este fenómeno se denomina cavitación. Estas condiciones extremas hacen que la ultrasonicación sea un método poderoso y versátil para el procesamiento de líquidos.
Para fines de extracción, dos fases se mezclan intensamente en el campo de cavitación ultrasónica. Las gotitas y partículas se dividen en submicrones y nano-tamaños. Esto desarrolla superficies ampliadas para una transferencia de masa mejorada de una fase a la otra. La mayor interfase entre las dos fases da como resultado un área de superficie de contacto aumentada para la extracción, de modo que la transferencia de masa se mejora debido a la eliminación de capas de líquido estancadas en el límite de fase. La transferencia de masa aumenta aún más debido a la eliminación de las capas de pasivación de la superficie de la partícula. Para la extracción de materia biológica de células y tejidos, la transferencia de masa se incrementa por la disrupción celular ultrasónica. Todos estos efectos conducen a una extracción más completa que produce mayores rendimientos.

Beneficios de la extracción por ultrasonidos:

  • romper capas límite
  • vamos van der Waals fuerzas--
  • mover el líquido insaturado para superficie de contacto
  • reducir o necesidad eliminiate para agentes de transferencia de
  • reducir el tiempo, temperatura y / o concentración
  • menos exceso en comparación con el volumen requerido para la saturación completa
  • menos volumen a ser refinado (por ejemplo por destilación, evaporación, secado)
  • reactores no agitados continuamente (CSR)
  • ahorra energía
  • sin procesamiento por lotes, pero en línea
  • utilizar disolvente menos ácida o más barato
  • evitar disolventes, de uso acuoso en vez
  • de proceso altas concentraciones de sólidos o suspensiones de alta viscosidad
  • procesamiento verde: respetuoso del medio ambiente
  • utilizar ácidos orgánicos, tales como ácido málico o ácido cítrico
  • evitar procesos de extracción multietapa
Ultrasonidos de alta potencia es una técnica probada para extraer los componentes que resulta en un mayor rendimiento y un procesamiento más rápido (click para ampliar!)

la extracción rápida y eficiente mediante ultrasonidos

Extractor de ultrasonidos:

  • Biología
  • Química
  • alimentos & Pharma
  • Análisis
  • procesamiento nuclear
  • aplicaciones de minería
  • desulfuración
  • compuestos orgánicos
  • geoquímica
  • Purificación

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Extracción Líquido-Líquido

Proceso convencional: La extracción líquido-líquido es un método de partición para extraer sustancias a partir de una fase líquida en otra fase líquida a base de las solubilidades relativas sustancias en las dos fases líquidas inmiscibles diferentes. El uso de ultrasonidos mejora la velocidad a la que se transfiere el soluto entre las dos fases por un alto rendimiento mezcla, emulsióny disolución!
extracción líquido-líquido es una técnica de separación para aislar y concentrar componentes valiosos de una solución acuosa mediante el uso de un disolvente orgánico. La extracción líquido-líquido se aplica a menudo cuando un otras técnicas de separación (por ejemplo destilación) son ineficaces. extracción líquido-líquido se usa en la industria farmacéutica & cosméticos (compuestos activos, APIs, fragancias), así como la industria alimentaria y agrícola, para la química orgánica e inorgánica, industria petroquímica, y la hidrometalurgia.

Problema: Un problema común es la inmiscibilidad de las fases líquidas (el disolvente y el diluyente son inmiscibles), por lo que se requiere un método de mezcla adecuado. Como una mezcla uniforme de ambas fases líquidas promueve la transferencia de fase entre el diluyente y el disolvente, es crucial un método confiable de dispersión o emulsificación. Cuanto más fina sea la mezcla y cuanto mayor sea el área de contacto entre ambas fases, mejor podrá viajar el solvente de una fase líquida a otra fase líquida. Los procesos de extracción convencionales en su mayoría carecen de promoción de la transferencia de masa, por lo que el proceso de extracción es lento y, a menudo, incompleto. Para mejorar la extracción, a menudo se usan cantidades excesivas de solvente, lo que hace que el proceso sea costoso y ambientalmente contaminante.

Solución: Ultrasonic Extracción Líquido-Líquido sobresale técnicas tradicionales de extracción líquido-líquido en varios puntos:
ultrasonidos de potencia mezcla de dos o más fases líquidas fiable y fácilmente juntos. Por ultrasonicación, las gotitas se pueden reducir a nano-tamaño para que fina micro- y nano-emulsiones son obtenidas. De este modo, las fuerzas cavitacionales generados promover la transferencia de masa entre las fases líquidas. Como sonicación se puede ejecutar en un sistema continuo cilindros en línea, grandes volúmenes y líquidos altamente viscosos se pueden manejar sin problemas.
Pero también la extracción de micro, por ejemplo, para fines analíticos, se puede mejorar por tratamiento con ultrasonidos, también (basada en líquido micro-extracción por ejemplo iónico con emulsificación ultrasónica).

Las potentes fuerzas ultrasónicas son una técnica bien conocida y confiable para la extracción (¡Haz clic para ampliar!)

cavitación ultrasónica en el líquido

Beneficios de la extracción por ultrasonidos:
fuerzas de ultrasonidos de gran alcance – generada por la baja frecuencia / alta potencia ultrasonido – ayuda a

  • remodelar las gotitas
  • evitar agentes de transferencia de emulsión o catalizadores anfifílico
  • evitar el uso de detergentes o agentes tensioactivos
  • evitar catalsts anfifílico, detergentes o tensioactivos
  • generar emulsiones inestables turbulentos sin capas de tensioactivos

Solid-líquido de extracción

Objetivo de la extracción sólido-líquido o en fase sólida de extracción (SPE) es para separar los analitos, que se disuelven o suspenden en una mezcla líquida, y para aislarlos de una matriz de acuerdo con sus propiedades físicas y químicas. Por lo tanto, el aislado se eluye de la Sorbens con ayuda de un disolvente apropiado. La sustancia extraída se llama eluyen.
técnicas de SPE convencionales son la maceración, extracción soxhlet, la percolación, la combinación de reflujo y destilación al vapor, o mezcla / turbo-extracción a alta velocidad. La extracción sólido-líquido es un procedimiento común para separar compuestos en biología, química, así como en la industria cosmética alimentaria, farmacéutica y. La extracción de metales también se conoce como lixiviación.
Problema: técnicas de SPE convencionales se conocen como consume mucho tiempo y requieren cantidades relativamente grandes de disolventes que son en su mayoría ambientalmente peligrosos y contaminantes. Las altas temperaturas del proceso pueden incluso conducir a la destrucción de extractos sensibles al calor.
Solución: Con una extracción sólido-líquido asistida por ultrasonidos, los problemas comunes de SPE tradicional puede ser normalmente superados. Como sonicación proporciona una distribución fina de los sólidos en la fase de disolvente, un límite interfacial más grande está disponible de modo que se mejora la transferencia de masa de la sustancia diana en el disolvente. Esto resulta en una extracción más rápida y completa, mientras que el uso de disolventes se reduce o evita completamente (agua uso como fase líquida en su lugar). Mediante la aplicación de ultrasonidos de potencia, la extracción en fase sólida se puede llevar a cabo más eficiente, económica y environmetal ambiente. Debido a la reducción o la evitación de disolventes contaminantes o peligrosos, la extracción ultrasónica puede ser considerado como respetuoso del medio ambiente el proceso de verde. Económicamente, los costes del proceso se reducen debido a los ahorros de energía, el disolvente, y el tiempo.

extraccion solvente

En caso de una extracción con disolvente, un disolvente (por ejemplo, un disolvente orgánico) se usa para disolver y separar un compuesto de un otro líquido (por ejemplo una fase acuosa). En general, los solutos más polares se disuelven en el disolvente más polar, y los solutos menos polares en el disolvente menos polar. El uso de extracción con disolvente, es posible separar tiofenos oxidados (sulfóxidos, sulfonas) de una fase de aceite usando acetonitrilo u otros disolventes polares. La extracción con disolvente también se utiliza para extraer materiales, tales como uranio, plutonio, torio o de las soluciones de ácido en tri- organofosfatonortefosfato de butilo (proceso PUREX).
Reducir el uso de disolventes: El uso de ultrasonidos minimiza el uso de disolventes en el proceso y optimiza la carga de producto en el disolvente. También conduce a una extracción más rápida y completa.
Haga clic aquí para leer más sobre el asistida por ultrasonidos oxidativo Desulfuración!

Asistida por ultrasonidos Extracción Soxhlet

extracción Soxhlet es una técnica de extracción sólido-líquido utilizado con frecuencia laboratorios sintéticas y analíticas. La extracción Soxhlet se aplica principalmente cuando una sustancia tiene solamente una solubilidad limitada en un disolvente, y la impureza es insoluble en ese disolvente.
El ultrasonido puede ser combinado con mucho éxito con la extracción Soxhlet que resulta en aumento de los rendimientos y menor tiempo de extracción.
Por favor, haga clic aquí para obtener más información sobre la extracción de Soxhlet asistida por ultrasonidos!

Extracción de Melts

Las extracciones líquido-líquido se pueden realizar en mezclas en las que una o ambas fases líquidas son fundidas, como las sales fundidas o los metales fundidos, como el mercurio. La potente sonicación en línea en reactores de celdas de flujo ultrasónicas permite procesar incluso líquidos con altas viscosidades, como por ejemplo fundidos.

lixiviación

La lixiviación se describe el uso de ácidos, disolventes o agua caliente para disolver selectivamente un soluto de un vehículo sólido insoluble inerte. La lixiviación se utiliza a menudo en la minería para extraer metales a partir de minerales.
Beneficios de la lixiviación de ultrasonidos:

  • lavar pequeños orificios de materiales porosos
  • superar selectividades de membranas
  • destruir sólidos, deslaminar y desaglomerar sólidos
  • eliminar de capas pasivas
  • la eliminación de capas de óxido
  • mojar toda la superficie del material, en particular para líquidos de alta tensión superficial
  • adelgazamiento de cizalla

Haga clic aquí para obtener más información sobre la lixiviación de ultrasonidos!

Equipo por cualquier escala Hielscher

El tratamiento con ultrasonidos en el laboratorio, banco de trabajo y la escala de producción
Todos los dispositivos de ultrasonidos Hielscher están construidos para funcionar 24h / 7d, incluso los homogeneizadores de laboratorio de ultrasonidos pueden procesar volúmenes considerables, ya sea en el modo de flujo continuo o por lotes. El banco de trabajo y ultrasonicators industriales están diseñados y construidos en grado industrial por lo que los altos volúmenes y altas viscosidades se pueden procesar sin problemas – incluso bajo condiciones tales como las altas presiones y altas temperaturas (por ejemplo, en combinación con supercrítico CO2, Para procesos de extrusión, etc.). ultrasonicators robustas de Hielscher son capaces de manejar disolventes, líquidos abrasivos y corrosivos,. accesorios apropiados que permitan la adaptación del sistema de ultrasonidos de forma óptima a los requisitos del proceso de extracción. Para la instalación en entornos peligrosos, ATEX o FM valorados sistemas ultrasónicos a prueba de explosión están disponibles.
De este modo, los sistemas ultrasónicos robustos y potentes de Hielscher y la amplia gama de accesorios permite someter a ultrasonidos materiales tales como agua caliente / líquidos, acidics, masas fundidas de metal, sal derrite, disolventes (por ejemplo, metanol, hexano; disolventes polares orgánicos, por ejemplo, acetonitrilo).

extracción de transferencia de fase ultrasónico o extracción catalítica se pueden realizar tan simple proceso de dos etapas

Diagrama de flujo: Etapas de extracción de transferencia de fase ultrasónico

Literatura/Referencias

  • Bendicho, C .; De La Calle, I .; Pena, F .; Costas, M .; Cabaleiro, N .; Lavilla, I. (2012): el tratamiento previo de muestras sólidas ultrasonido-asistido en el contexto de la química analítica verde. Tendencias en Analytical Chemistry, Vol. 31, 2012. 50-60.
  • IUPAC. Compendio de terminología química, 2ª ed. (el “libro de oro”). Recopilado por A. D. McNaught y A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). XML versión en línea corregida: http://goldbook.iupac.org (2006) creado por Nic M., J. Jirat, B. Kosata; actualizaciones compilados por A. Jenkins. ISBN 0-9678550-9-8.
  • Oluseyi, T .; Olayinka, K .; Alo, B .; Smith, R. M. (2011): Comparación de las técnicas de limpieza de extracción y para la determinación de los hidrocarburos aromáticos policíclicos en muestras de suelo contaminado. African Journal of Environmental Science y Tecnología Vol. 5/7, 2011. 482-493.
  • Petigny, L .; PERINO-Issartier, S .; Wajsman, J .; Chemat, F. (2013): Lote y Ultrasonido extracción continua asistida de las hojas de boldo (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750 hasta 5764.
  • Wang, L .; Weller, C. L. (2006): Los recientes avances en la extracción de nutracéuticos de las plantas. Tendencias en la Ciencia de los Alimentos & Tecnología 17, 2006. 300-312.

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Información interesante

de líquido de tratamiento ultrasónico se refiere a menudo como sonicación, tratamiento con ultrasonidos, tratamiento con ultrasonidos, insonación, la irradiación ultrasónica, o la aplicación de campos acústicos. Todos estos términos describen el acoplamiento de las ondas de ultrasonido de alta potencia en un medio líquido para lograr ultrasónico

Como el ultrasonido de potencia es una técnica de procesamiento tan versátil, los dispositivos ultrasónicos son conocidos bajo varios términos tales como sonicador de sonda, lisador sónico, disruptor de ultrasonido, triturador ultrasónico, sono-ruptor, sonificador, desmembrador sónico, disruptor celular, dispersor ultrasónico o disolvente.