Polüoolisüntees ultraheli transesterifitseerimise kaudu

Polüoolid on sünteetilised estrid, mida toodetakse peamiselt taimeõlidest või loomsetest rasvadest triglütseriidide transesterifitseerimise teel. Need polüoolid on tooraine polüureetaanide, biolubrikantide ja muude cemicalide tootmiseks. Ultraheliuuringut kasutatakse transesterifitseerimisreaktsioonide suurendamiseks, rakendades intensiivseid nihkejõude ja soojusenergiat. Ultraheli ja selle sonokeemilised mõjud varustavad reaktsioonienergiat ja aitavad ületada massiülekande piiranguid. Seeläbi parandab ultrahelitöötlus oluliselt transesterifitseerimise kiirust, saagikust ja üldist tõhusust.

Ultraheliga abistatud transesterdamine

Transesterifitseerimisreaktsioonid on üks tähtsamaid sünteesiteid ja neid kasutatakse laialdaselt tõhusa tehnikana taimeõlide muundamiseks naftatoodete asendajateks. Sonosüntees (ka sonokeemiline süntees, mis on keemiline süntees, mida edendatakse suure jõudlusega ultraheli kaudu), on tuntud oma kasuliku mõju poolest nii transesterifitseerimisele kui ka muudele keemilistele protsessidele.

Jätkusuutlik polüoolisüntees taimeõlidest ultraheli abil

Taimsed rasvhapped, st taimeõlid, on laialdaselt kättesaadav ja taastuv tooraine ning neid saab kasutada biopõhiste polüoolide ja polüuretaanide valmistamiseks. Võimsuse ultraheli rakendamine tekitab soodsaid sonokeemilisi mõjusid, mis kiirendavad oluliselt transesterifitseerimise katalüütilist reaktsiooni. Lisaks suurendab ultrahelitöötlus sünteesitud polüoolide saagikust, kuna akustilise kavitatsiooni intensiivne segamisenergia ületab massiülekande piirangu. Ultraheli transesterifitseerimise reaktsioonid töötavad hästi tõhusalt madalama alkoholi ja katalüsaatoriga nagu tavalised transesterifitseerimisreaktsioonid. See toob kaasa ultraheliuuringu üldise efektiivsuse paranemise.

Pentaerythritol Ester-põhise biolubricant ultraheli süntees

Pentaerythritol ester saab sünteesida tõhusalt rapsiõlist kaheastmelise sonokeemilise protsessi kaudu, nagu näitas Arumugami uurimisrühm. Optimeerimisuuringus kasutasid teadlased Hielscheri ultraheliuuringut UP400St (vt pilti vasakul). Esimeses sonokeemiliselt soodustatud transesterifikatsioonis reageeritakse rapsiõli metüüle metanooliga. Teises transesterifitseerimise etapis reageerib metüülester ksüleeniga ja katalüsaatoriga pentaerythritol esterile. Uurija keskendus ultraheli protsessi parameetrite optimeerimisele, et suurendada ultraheli all pentaerythritol ester sünteesi saagikust ja üldist efektiivsust. Parem saagikus 81,4% pentarütritooli esterist saavutati ultraheli impulsiga 15 s, ultraheli amplituudiga 60%, katalüsaatori kontsentratsiooniga 1,5 wt% ja reaktsioonitemperatuuriga 100 °C. Kvaliteedikontrolliks võrreldi sonokeemiliselt sünteesitud pentaerytritooli estrit sünteetilise kvaliteediga kompressoriõliga. Kokkuvõtteks võib öelda, et uuring näitab, et ultraheliga soodustatud järjestikune transesterifitseerimisprotsess on tõhus meetod, et asendada tavapärane järjestikune transesterifitseerimisprotsess pentaerythritol ester-põhise biolubrilise aine sünteesiks. Ultraheli transesterifitseerimisprotsessi peamised eelised on pentaerythritol esteri suurenenud saagikus, lühendatud reaktsiooniaeg ja oluliselt madalamad reaktsioonitemperatuurid. (vrd Arumugam jt, 2019)

Ultraheli intensiivistas rapsiõli kaheastmelist transesterdamist pentaerytritooli estriks.
(kohandatud Arumugam et al., 2019)

Pentanal-tuletatud atsetaalsed estrid ultraheli sünteesi kaudu

Kurniawani uurimisrühm sünteesis kolm pentanaalset atsetaalset estrit sonokeemilise meetodi abil, kasutades rohelise keemia põhimõtteid. Ultrahelitöötlust kasutati kahe keemilise sammu edendamiseks:

1. 9,10-dihüdroksüoktadekanoohappe esterdamine
2. Alküül 9,10-dihüdroksüoktadecanoaadi atsetaat

Alküül 9,10- dihüdroksüstearaadi estrite tootmiseks on vaja kahte sammu ja saadakse 67-85% saagikus. Efektiivsuse hindamiseks võrreldi sonokeemilist meetodit tavapärase refluksmeetodiga. Lisaks kasutati erinevate katalüsaatorite mõju ja efektiivsuse määramiseks homogeenseid ja tahkeid happe katalüsaatoreid, nimelt väävelhapet (H2SO4), looduslikku bentoniiti ja H-bentoniiti. Leiti, et H-bentoniidi poolt katalüüsitud happe katalüüsi sonokeemiline esterdamine andis tooteid kuni 70% ulatuses 3 korda lühema reaktsiooniaja jooksul kui refluksmeetod, mis on tähelepanuväärne. Lõplik atsetalisatsioonietapp n-pentanaalsega H-bentoniidi juuresolekul ultraheli abil andis kolm pentanaalset saadud dioksoliaani deriati 69–85% saagikuses, mis on tavalisest meetodist kõrgemad. Refluksmeetod nõudis pikemat reaktsiooniaega kui sonokeemiline meetod, kuna ultraheli süntees nõudis ainult 10-30 minutit. Lisaks oluliselt lühemale reaktsiooniajale ultrahelitöötluse ajal saadi sonokeemilise meetodi abil iga esteri märkimisväärne saagikus.
Uurija arvutas ka, et sonokeemilise reaktsiooni energiavajadused on umbes 62 korda madalamad kui tavalisel meetodil. See vähendab kulusid ja on keskkonnasõbralik.
Iga toote füüsikalis-keemiliste omaduste uurimine näitas, et metüül 8-(2-butüül-5-oktüül-1,3-dioksalan-4-yl)oktaanoaat on potentsiaalne uudne biolubriline aine, millel on funktsionaalsed funktsioonid tavaliste määrdeainete asendamiseks. (vrd Kurniawan jt, 2021)

Pentaerythryl Estersi transesterdamine ultraheli abil

Pentaerythryl estreid saab taimeõlidest, nagu päevalille-, linaseemne- ja jatrofaõli. Hashemi uurimisrühm demonstreeris biopõhiste määrdeainete sünteesi järjestikuste baasi katalüüsitud transesterifikatsioonide kaudu, mis hõlmasid kahte transesterifitseerimise etappi. Nad näitasid sünteesi teostatavust päevalille-, linaseemne- ja jatofaõli abil. Esimeses etapis muundati õlid vastavateks metüülestriteks. Teises protsessis muudeti metüülestrid pentaerythryl esters'iks pentaerythryl esteriteks pentaerythritoli toimel, nagu on näidatud järgmises skeemis: (vt Hashem et al., 2013)

Pärast taimeõli transesterdamist metüülesterdajaks muundatakse metüülestrid pentaerythryl esteriteks pentaerythritooli toimel, nagu on näidatud ülaltoodud skeemis.
(vrd Hashem et al., 2013)

Ultraheliuuringu oluliselt reaktsiooni suurendav mõju transesterifitseerimisele on teaduslikult tõestatud ja juba aastakümneid tööstuslikult vastu võetud. Kõige silmapaistvam näide ultraheli paranenud tranesterifikatsioonist on õlide ja rasvade muundamine rasvhapete metüülesteriks (FAME), mida nimetatakse biodiislikütuseks.
Loe lähemalt (jäätme)õlide ja rasvade ultrahelipõhisest transesterdamisest biodiislikütuseks!

Ultraheli sondid ja reaktorid transesterifitseerimiseks ja muudeks keemilisteks sünteesideks

Hielscheri ultraheli on teie spetsialist, kui tegemist on sonokeemiliste reaktsioonide keerukate suure jõudlusega ultraheliatoritega. Hielscher projekteerib, toodab ja levitab suure võimsusega ultraheliatoreid ja tarvikuid, nagu sondid (sonotroodid), reaktorid ja voolurakud igas suuruses ning varustab keemialaboreid ja keemiatootmisrajatisi tööstuslikus mastaabis. Alates kompaktsetest labori ultraheliseadmetest kuni tööstuslike ultraheli sondide ja reaktoriteni on Hielscheril teie protsessi jaoks ideaalne ultraheli süsteem. Pikaajalise kogemusega sellistes rakendustes nagu sono-katalüüs ja sonosüntees soovitavad meie hästi koolitatud töötajad teile teie vajadustele kõige sobivama seadistuse.
Hielscheri ultraheli toodab suure jõudlusega ultraheli süsteeme, millel on väga suur tugevus ja mis suudavad pakkuda intensiivseid ultrahelilaineid, kuna kõik Hielscheri tööstuslikud ultraheliatorid võivad pidevas töös pakkuda väga kõrgeid amplituudisid (24/7). Tugevad ultrahelisüsteemid ei vaja peaaegu mingit hooldust ja on ehitatud töötama. See muudab Hielscheri ultraheli seadmed usaldusväärseks raskeveokite jaoks nõudlikes tingimustes. Saadaval on ka spetsiaalsed sonotroodid kõrge temperatuuriga või väga karmi kemikaali jaoks.
Kõrgeim kvaliteet – Disainitud ja valmistatud Saksamaal: Kõik seadmed on projekteeritud ja valmistatud meie peakontoris Saksamaal. Enne kliendile tarnimist testitakse iga ultraheli seadet hoolikalt täiskoormusel. Me püüdleme klientide rahulolu poole ja meie tootmine on üles ehitatud nii, et see vastaks kõrgeimale kvaliteedi tagamisele (nt ISO sertifikaat).

Alljärgnev tabel annab teile ülevaate meie ultrahelihitiste ligikaudse töötlemisvõimsusest: