Polüooli süntees ultraheli ümberesterdamise kaudu
Polüoolid on sünteetilised estrid, mida toodetakse peamiselt taimeõlidest või loomsetest rasvadest triglütseriidide ümberesterdamise teel. Need polüoolid on tooraineks polüuretaanide, biomäärdeainete ja muude keemiatoodete tootmiseks. Ultraheli kasutatakse ümberesterdamisreaktsioonide suurendamiseks, rakendades intensiivseid nihkejõude ja soojusenergiat. Ultraheli ja selle sonokeemilised mõjud annavad reaktsioonienergiat ja aitavad ületada massiülekande piiranguid. Seega parandab ultrahelitöötlus oluliselt ümberesterdamise kiirust, saagikust ja üldist efektiivsust.
Ultraheli abil ümberesterdamine
Ümberesterdamisreaktsioonid on üks tähtsamaid sünteesiviise ja neid kasutatakse laialdaselt tõhusa meetodina taimeõlide muundamiseks naftasaaduste asendajateks. Sono-süntees (ka sonokeemiline süntees, mis on keemiline süntees, mida soodustatakse suure jõudlusega ultraheli abil) on tuntud oma kasuliku mõju kohta ümberesterdamisele ja muudele keemilistele protsessidele.
- Kiire teisendamine
- Täielikum reaktsioon
- Vähem katalüsaatorit
- Vähem soovimatuid kõrvalsaadusi
- energiatõhus
- roheline keemia
Jätkusuutlik polüooli süntees taimeõlidest ultraheli abil
Taimset päritolu rasvhapped, st taimeõlid, on laialdaselt kättesaadavad ja taastuvad toorained ning neid saab kasutada biopõhiste polüoolide ja polüuretaanide valmistamiseks. Võimsuse ultraheli rakendamine loob soodsad sonokeemilised mõjud, mis kiirendavad oluliselt ümberesterdamise katalüütilist reaktsiooni. Lisaks suurendab ultrahelitöötlus sünteesitud polüoolide saagist, kuna akustilise kavitatsiooni intensiivne segamisenergia ületab massiülekande piirangu. Ultraheli ümberesterdamisreaktsioonid on hästi teada, et need töötavad tõhusalt madalama alkoholi ja katalüsaatoriga kui tavalised ümberesterdamisreaktsioonid. See toob kaasa ultraheliuuringu üldise efektiivsuse paranemise.
Pentaerütritool-estril põhineva bioolubricanti ultraheli süntees
Pentaerütritoolestrit saab rapsiõlist tõhusalt sünteesida kaheastmelise sonokeemilise protsessi abil, nagu on näidanud Arumugami uurimisrühm. Optimeerimisuuringus kasutasid teadlased Hielscheri ultrasonikaatorit UP400St (vt pilti vasakul). Esimeses sonokeemiliselt soodustatud ümberesterdamises reageeritakse rapsiseemneõli metanooliga metüülestrile. Teises ümberesterdamise etapis reageerib metüülester ksüleeniga ja katalüsaatoriga pentaerütritoolestrile. Teadlane keskendus ultraheli protsessi parameetrite optimeerimisele, et suurendada pentaerütritoolestri sünteesi saagikust ja üldist efektiivsust ultraheli all. Parem saagis 81,4% pentaerütritoolestrist saavutati ultraheli impulsiga 15 s, ultraheli amplituudiga 60%, katalüsaatori kontsentratsiooniga 1,5 wt% ja reaktsioonitemperatuuriga 100 ° C. Kvaliteedikontrolliks võrreldi sonokeemiliselt sünteesitud pentaerütritoolestrit sünteetilise kvaliteediga kompressoriõliga. Kokkuvõtteks võib öelda, et uuring viitab sellele, et ultraheliga edendatav järjestikune ümberesterdamisprotsess on tõhus meetod tavapärase järjestikuse ümberesterdamisprotsessi asendamiseks pentaerütritoolestril põhineva biolubricanti sünteesiks. Ultraheli ümberesterdamisprotsessi peamised eelised on pentaerütritoolestri saagise suurenemine, lühendatud reaktsiooniaeg ja oluliselt madalamad reaktsioonitemperatuurid. (vrd Arumugam et al., 2019)

Rapsiseemneõli ultraheliga intensiivistatud kaheastmeline ümberesterdamine pentaerütritoolestriks.
(kohandatud ajakirjast Arumugam et al., 2019)
Pentanalist saadud atsetaalestrid ultraheli sünteesi kaudu
Kurniawani uurimisrühm sünteesis sonokeemilise meetodi abil kolm pentanalist saadud atsetaalestrit, kasutades rohelise keemia põhimõtteid. Sonikatsiooni kasutati kahe keemilise etapi edendamiseks:
- 9,10-dihüdroksüoktadekaanhappe esterdamine
- Alküül-9,10-dihüdroksüoktadekanoaadi atsetalüseerimine
Alküül-9,10-dihüdroksüstearaadi estrite tootmiseks on vaja kahte etappi ja saagist 67-85%. Tõhususe hindamiseks võrreldi sonokeemilist meetodit tavapärase reflukstehnikaga. Lisaks kasutati erinevate katalüsaatorite mõju ja efektiivsuse määramiseks homogeenseid ja tahkeid happekatalüsaatoreid, nimelt väävelhapet (H2SO4), looduslikku bentoniiti ja H-bentoniiti. Leiti, et H-bentoniidi poolt katalüüsitud happe sonokeemiline esterdamine andis toodetele kuni 70% saagise 3 korda lühema reaktsiooniajaga kui tagasijooksu meetod, mis on tähelepanuväärne. Lõplik atsetaliseerimisetapp n-pentanooliga H-bentoniidi juuresolekul, kasutades ultraheliuuringut, andis kolm pentanalist saadud dioksolaani derivaati 69–85% saagises, mis on kõrgemad kui tavaline meetod. Refluksmeetod nõudis pikemat reaktsiooniaega kui sonokeemiline meetod, kuna ultraheli süntees nõudis ainult 10-30min. Lisaks oluliselt lühemale reaktsiooniajale ultrahelitöötluse ajal saadi sonokeemilise meetodi abil iga estri märkimisväärne saagis.
Teadlane arvutas ka välja, et sonokeemilise reaktsiooni energiavajadus on umbes 62 korda väiksem kui tavapärasel meetodil. See vähendab kulusid ja on keskkonnasõbralik.
Iga toote füüsikalis-keemiliste omaduste uurimisel selgus, et metüül-8-(2-butüül-5-oktüül-1,3-dioksolaan-4-üül)oktanaat on potentsiaalne uudne biolubeaine, mille funktsioonid asendavad tavalisi määrdeaineid. (vrd Kurniawan et al., 2021)
Pentaerütrüülestrite ümberesterdamine ultraheli abil
Pentaerütrüülestreid võib saada taimeõlidest, nagu päevalille-, linaseemne- ja jatrophaõli. Hashemi uurimisrühm demonstreeris biopõhiste määrdeainete sünteesi järjestikuste aluskatalüüsitud ümberesterdamiste kaudu, mis hõlmasid kahte ümberesterdamise etappi. Nad näitasid sünteesi teostatavust päevalille-, linaseemne- ja jatrophaõli abil. Esimeses etapis muundati õlid vastavateks metüülestriteks. Teises protsessis muundati metüülestrid pentaerütritooli toimel pentaerütrüülestriteks, nagu on näidatud järgmises skeemis: (vrd Hashem et al., 2013)

Pärast taimeõli ümberesterdamist metüülestriks muundatakse metüülestrid pentaerütritooli toimel pentaerütritoolideks, nagu on näidatud ülaltoodud skeemil. (vrd Hashem et al., 2013)
Ultraheli oluliselt reaktsiooni suurendav mõju ümberesterdamisele on teaduslikult tõestatud ja juba aastakümneid tööstuslikult vastu võetud. Kõige silmapaistvam näide ultraheli täiustatud ümberesterdamisest on õlide ja rasvade muundamine rasvhapete metüülestriks (FAME), mida tuntakse biodiislikütusena.
Loe lähemalt (jäätme)õlide ja rasvade ultraheli abil ümberesterdamisest biodiislikütuseks!
Ultraheli sondid ja reaktorid ümberesterdamiseks ja muud keemilised sünteesid
Hielscher Ultrasonics on teie spetsialist, kui tegemist on keerukate suure jõudlusega ultrasonikaatoritega sonokeemiliste reaktsioonide jaoks. Hielscher projekteerib, toodab ja levitab suure võimsusega ultrasonikaatoreid ja tarvikuid, nagu sondid (sonotroodid), reaktorid ja voolurakud igas suuruses ning varustab keemialaboreid ja keemilise tootmise rajatisi tööstuslikus mastaabis. Alates kompaktsetest laboratoorsetest ultraheli seadmetest kuni tööstuslike ultraheli sondide ja reaktoriteni on Hielscheril teie protsessi jaoks ideaalne ultraheli süsteem. Pikaajalise kogemusega sellistes rakendustes nagu sono-katalüüs ja sonosüntees, meie hästi koolitatud töötajad soovitavad teile teie vajadustele kõige sobivamat seadistust.
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli süsteeme, millel on väga kõrge töökindlus ja mis on võimelised pakkuma intensiivseid ultraheli laineid, kuna kõik Hielscheri tööstuslikud ultrasonikaatorid suudavad pidevas töös pakkuda väga kõrgeid amplituudid (24/7). Tugevad ultrahelisüsteemid vajavad peaaegu mingit hooldust ja on ehitatud töötama. See muudab Hielscheri ultraheli seadmed usaldusväärseks raskeveokite rakenduste jaoks nõudlikes tingimustes. Saadaval on ka spetsiaalsed sonotroodid kõrge temperatuuri või väga karmide kemikaalide jaoks.
Kõrgeim kvaliteet – Disainitud ja valmistatud Saksamaal: Kõik seadmed on projekteeritud ja toodetud meie peakontoris Saksamaal. Enne kliendile tarnimist testitakse iga ultraheli seadet hoolikalt täiskoormusel. Püüdleme kliendirahulolu poole ja meie tootmine on üles ehitatud nii, et see vastaks kõrgeimale kvaliteeditagamisele (nt ISO sertifikaat).
Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest:
Partii maht | Voolukiirus | Soovitatavad seadmed |
---|---|---|
1 kuni 500 ml | 10 kuni 200 ml / min | UP100H |
10 kuni 2000 ml | 20 kuni 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
0.1 kuni 20L | 0.2 kuni 4L / min | UIP2000hdT |
10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
mujal liigitamata | 10 kuni 100 L / min | UIP16000 |
mujal liigitamata | Suurem | klaster UIP16000 |
Võta meiega ühendust! / Küsi meilt!
Kirjandus / Viited
- Arumugam, S.; Chengareddy, P.; Tamilarasan, A.; Santhanam, V. (2019): RSM and Crow Search Algorithm-Based Optimization of Ultrasonicated Transesterification Process Parameters on Synthesis of Polyol Ester-Based Biolubricant. Arabian Journal for Science and Engineering 44, 2019. 5535–5548.
- Hashem, Ahmed; Abou Elmagd, Wael; Salem, A.; El-Kasaby, M.; El-Nahas, A. (2013): Conversion of Some Vegetable Oils into Synthetic Lubricants via Two Successive Transesterifications. Energy Sources Part A 35(10); 2013.
- Kurniawan, Yehezkiel; Thomas, Kevin; Hendra, Jumina; Wahyuningsih, Tutik Dwi (2021): Green synthesis of alkyl 8-(2-butyl-5-octyl-1, 3-dioxolan-4-yl)octanoate derivatives as potential biolubricants from used frying oil. ScienceAsia 47, 2021.
- Wikipedia: Natural Oil Polyols
Faktid, mida tasub teada
Polüooli sünteesi marsruudid
Looduslikud õlipolüoolid (lühend NOP) või biopolüoolid on taimeõlidest saadud polüoolid. Biopolüoolide sünteesimiseks on saadaval mitu erinevat keemilist viisi. Biopolüoole kasutatakse peamiselt toorainena polüuretaanide tootmiseks, kuid neid kasutatakse ka muude toodete, näiteks määrdeainete, elastomeeride, liimide, kunstnaha ja katete tootmiseks.
Seoses polüoolide sünteesiga taimeõlidest on saadaval erinevad reaktsioonimeetodid, nagu epoksüdatsioon, transamidiseerimine ja ümberesterdamine. Näiteks rapsiõlil põhinevat polüooli saab sünteesida kaksiksidemete osalise epoksüdeerimisega rasvhapete ahelates ja oksiraanitsüklite üldise avamisega dietüleenglükooli abil. Taimsete triglütseriidide estersidemete transamidiseerimist ja ümberesterdamist saab käivitada vastavalt dietanoolamiini ja trietanoolamiini abil.

Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates Lab kuni tööstuslik suurus.