Ultraheli abil katalüütiline ekstraheerimine

Hielscheri ultraheli reaktoreid kasutatakse paljudes tööstusharudes, et aidata ja parandada katalüütilise ekstraheerimise töötlemist (CEP) või nn faasiülekande ekstraheerimist (PTE). Katalüütiline ekstraheerimine hõlmab heterogeenset segunematut faasisüsteemi, nagu vedelik-vedelik või vedel-tahke. Ultraheli kõrge nihke- ja kavitatsioonijõud parandavad lahustunud ainete lahustumiskiirust, mis viib oluliselt kiirema ja täielikuma ekstraheerimiseni. Lisaks saab seda efekti kasutada kasutatava lahusti või happe koguse vähendamiseks. Tõestatud tehnikana kasutatakse ultraheli abil ekstraheerimist üha enam tänu kasvavale nõudlusele keskkonnasõbralike ekstraheerimistehnikate järele, millel on lühendatud ekstraheerimisaeg ja vähendatud orgaanilise lahusti tarbimine.

Katalüütiline ekstraheerimine / faasiülekande ekstraheerimine – Põhialuste

Mõiste “Katalüütilise ekstraheerimise töötlemine (CEP) või faasiülekande ekstraheerimine (PTE) kirjeldab vedeliku-vedeliku või tahke-vedeliku jaotust analüütide ekstraheerimisel ja eemaldamisel. Seetõttu tuleb vedel või tahke lahjendi dispergeerida / emulgeerida lahustisse (vedel faas). Termini järgi “ekstraheeriv aine” Kirjeldatakse ainult lahustis sisalduvat toimeainet (st homogeenset "orgaanilist faasi")’ mis koosneb ekstrahendist, lahjendusvedelikust ja/või modifikaatorist), mis vastutab peamiselt lahustunud aine ülekandumise eest "vesilahusest"’ 'orgaanilisele’ etapp. [IUPAC]. Ekstraheeritavat sihtainet nimetatakse ekstraktiks.
Traditsioonilised ekstraheerimismeetodid, nagu soxhleti ekstraheerimine, leotamine, mikrolaineahi, perkolatsioon, ekstraheerimine püstjahutiga ja aurdestilleerimine või turboekstraktsioon, on sageli aeglased ja ebatõhusad ja/või nõuavad suures koguses ohtlikke lahusteid, mille tulemuseks on kulumahukas ja aeganõudev protsess, mis on keskkonnale kahjulik.
Ultraheli on tõestatud alternatiiv tavapärastele ekstraheerimismeetoditele, mis tagab kiirema ja täielikuma ekstraheerimise vähem või üldse mitte ohtlike lahustitega! Ultraheli on võimas tehnika roheliseks, evironmentaalseks töötlemiseks.

Ultraheli abil katalüütilise ekstraheerimise põhimõte

Aine ekstraheerimiseks tuleb segunematud faasid segada nii, et ekstraheeritavat ainet saaks lahustada kandefaasist lahustifaasi. Kõige sagedamini viiakse faasiülekandega ekstraheerimine läbi dispergeeritud faasist pidevasse faasi, mis tähendab, et tilgad ja osakesed tuleb lahustisse homogeenselt hajutada.
Võimsuse ultraheli on tuntud segamis- ja ekstraheerimistehnoloogia, millel on ekstraheerimisprotsessile mitu positiivset mõju:

Ultraheli ekstraheerimise eelised:

• murda piirikihte
• van-der-Waalsi jõudude ületamine
• viia küllastumata vedelik kontaktpinnale
• vähendada või kõrvaldada vajadus ülekandeagentide järele
• vähendada aega, temperatuuri ja/või kontsentratsiooni
• väiksem liig võrreldes mahuga, mis on vajalik täielikuks küllastuseks
• väiksem rafineeritav kogus (nt destilleerimise, aurustamise, kuivatamise teel)
• pidevalt segatavaid reaktoreid ei ole
• säästa energiat
• ei ole partiid, vaid tekstisisene töötlemine
• kasutage vähem happelist või odavamat lahustit
• vältige lahusteid, kasutage selle asemel vesilahust
• töödelda kõrge tahkete ainete kontsentratsiooni või kõrge viskoossusega suspensiooni
• Roheline töötlemine: keskkonnasõbralik
• kasutage orgaanilisi happeid, nagu õunhape või sidrunhape
• vältida mitmeastmelisi ekstraheerimisprotsesse

vedeliku-vedeliku ekstraheerimine

Tavapärane protsess: Vedelik-vedelik ekstraheerimine on jaotusmeetod ainete eraldamiseks ühest vedelast faasist teise vedelasse faasi, mis põhineb ainete suhtelisel lahustuvusel kahes erinevas segunematus vedelas faasis. Ultraheli kasutamine parandab kiirust, millega lahustunud aine kantakse kahe faasi vahel suure jõudlusega Segamine, Emulgeerimineja lahustamine!
Vedelik-vedelik ekstraheerimine on eraldamismeetod väärtuslike komponentide eraldamiseks ja kontsentreerimiseks vesilahusest orgaanilise lahusti abil. Vedelik-vedelik ekstraheerimist kasutatakse sageli siis, kui mõni muu eraldamismeetod (nt destilleerimine) on ebaefektiivne. Farmatseutilises ravimis kasutatakse vedelat-vedelat ekstraheerimist & kosmeetikatooted (toimeained, API-d, lõhnaained), samuti toidu- ja põllumajandustööstus orgaanilise ja anorgaanilise keemia, naftakeemiatööstuse ja hüdrometallurgia jaoks.

Probleem: Levinud probleem on vedelate faaside segunematus (lahusti ja lahjendi on segunematud), mistõttu on vaja nõuetekohast segamismeetodit. Kuna mõlema vedela faasi ühtlane segamine soodustab faasiülekannet lahjendusvedeliku ja lahusti vahel, on usaldusväärne dispergeerimis- või emulgeerimismeetod ülioluline. Mida peenem on segu ja mida suurem on kontaktpind mõlema faasi vahel, seda paremini saab lahustuv aine liikuda ühest vedelast faasist teise vedelasse faasi. Tavapärastes ekstraheerimisprotsessides puudub enamasti massiülekande soodustamine, nii et ekstraheerimisprotsess on aeglane ja sageli puudulik. Ekstraheerimise parandamiseks kasutatakse sageli liiga palju lahustit, mis muudab protsessi kalliks ja keskkonda saastavaks.
 

 
Lahus: Ultraheli vedelik-vedelik ekstraheerimine paistab silma traditsiooniliste vedeliku-vedeliku ekstraheerimise tehnikatega erinevates punktides:
Võimsus ultraheli segab kaks või enam vedelat faasi, mis on usaldusväärsed ja kergesti koos. Ultraheli abil saab tilka vähendada nanosuuruseks, nii et see oleks hea mikro- ja nanoemulsioonid saadakse. Seega soodustavad tekitatud kavitatsioonijõud massiülekannet vedelate faaside vahel. Kuna ultrahelitöötlust saab käivitada pidevas tekstisiseses süsteemis, suured mahud ja väga viskoossed vedelikud saab probleemideta hakkama.
Kuid ka mikro-ekstraheerimist, nt analüütilistel eesmärkidel, saab parandada ka ultrahelitöötlusega (nt ioonne vedelikul põhinev mikroekstraktsioon ultraheli emulgeerimisega).

Ultraheli ekstraheerimise eelised:
Võimas ultraheli jõud – genereeritud madala sagedusega / suure võimsusega ultraheli abil – aitab

• Piiskade ümberkujundamine
• vältida emulsiooniülekandeaineid või amfifaleenkatalüsaatoreid
• vältida detergentide või pindaktiivsete ainete kasutamist
• Vältige amfifiilseid katalste, detergente või pindaktiivseid aineid
• tekitada turbulentseid ebastabiilseid emulsioone ilma pindaktiivsete kihtideta

Tahke vedeliku ekstraheerimine parandas ultraheli

Tahke-vedela ekstraheerimise või tahkefaasilise ekstraheerimise (SPE) eesmärk on eraldada analüüdid, mis lahustatakse või suspendeeritakse vedelas segus, ja eraldada need põhiainest vastavalt nende füüsikalistele ja keemilistele omadustele. Seetõttu elueeritakse isolaat sorbendist sobiva lahusti abil. Ekstraheeritud ainet nimetatakse eluaadiks.
Tavapärased SPE-tehnikad on leotamine, soxhleti ekstraheerimine, perkolatsioon, püst- ja aurdestillatsiooni kombinatsioon või kiire segamine / turboekstraktsioon. Tahke vedeliku ekstraheerimine on tavaline protseduur ühendite eraldamiseks nii bioloogias, keemias kui ka toidu-, farmaatsia- ja kosmeetikatööstuses. Metallide ekstraheerimist nimetatakse ka leostumiseks.
Probleem: Tavapäraseid SPE meetodeid nimetatakse aeganõudvateks ja need nõuavad suhteliselt suures koguses lahusteid, mis on enamasti keskkonnaohtlikud ja saastavad. Kõrge protsessitemperatuur võib isegi põhjustada termiliselt tundlike ekstraktide hävitamist.
Lahus: Ultraheli abil tahke vedeliku ekstraheerimisega saab traditsioonilise SPE ühiseid probleeme tavaliselt ületada. Kuna ultrahelitöötlus tagab tahkete ainete peene jaotumise lahustifaasis, on saadaval suurem interfacial piir, nii et sihtaine massiülekanne lahustisse paraneb. Selle tulemuseks on kiirem ja täielikum ekstraheerimine, samal ajal kui lahusti kasutamist vähendatakse või välditakse täielikult (kasutage selle asemel vedela faasina vett). Võimsuse ultraheli abil saab tahkefaasilist ekstraheerimist teostada tõhusamalt, ökonoomsemalt ja keskkonnasõbralikumalt. Saastavate või ohtlike lahustite vähendamise või vältimise tõttu võib ultraheli ekstraheerimist pidada keskkonnasõbralikuks Roheline protsess. Majanduslikult vähenevad protsessikulud energia, lahusti ja aja kokkuhoiu tõttu.

Ultraheli lahusti ekstraheerimine

Lahustiga ekstraheerimisel kasutatakse lahustit (nt orgaanilist lahustit), et lahustada ja eraldada ühend teisest vedelikust (nt vesifaasist). Üldiselt lahustuvad polaarsemad lahustunud ained polaarsemas lahustis ja vähem polaarsed lahustunud ained vähem polaarses lahustis. Lahusti ekstraheerimise abil on võimalik eraldada oksüdeeritud tiofeenid (sulfoksiidid, sulfoonid) õlifaasist atsetonitriili või muude polaarsete lahustite abil. Lahustiga ekstraheerimist kasutatakse ka materjalide, näiteks uraani, plutooniumi või tooriumi ekstraheerimiseks happelahustest organofosfaattri-N-butüülfosfaat (PUREX-protsess).
Vähendage lahusti kasutamist: Ultraheli kasutamine minimeerib lahustite kasutamist protsessis ja optimeerib toote koormust lahustis. See toob kaasa ka kiirema ja täielikuma ekstraheerimise.
Klõpsake siin, et lugeda rohkem ultraheli abil oksüdatiivse desulfureerimise kohta!

Ultraheli abil Soxhleti ekstraheerimine

Soxhleti ekstraheerimine on tahke vedeliku ekstraheerimise tehnika, mida sageli kasutatakse sünteetilistes ja analüütilistes laborites. Soxhleti ekstraheerimist kasutatakse peamiselt siis, kui aine lahustuvus lahustis on piiratud ja lisand on selles lahustis lahustumatu.
Ultraheli saab väga edukalt kombineerida Soxhleti ekstraheerimisega, mille tulemuseks on suurem saagikus ja lühem ekstraheerimisaeg.
Palun klõpsake siin, et saada lisateavet ultraheli abil Soxhleti ekstraheerimise kohta!

Ekstraheerimine sulatistes, kasutades ultrahelitöötlust

Vedelik-vedelik ekstraheerimist võib läbi viia segudes, kus kas üks või mõlemad vedelad faasid on sulanud, näiteks sulasoolad või sulametallid, näiteks elavhõbe. Võimas inline ultrahelitöötlus ultraheli voolu raku reaktorites võimaldab töödelda isegi kõrge viskoossusega vedelikke, näiteks sulamisi.

Ultraheli abil leostumine

Leostumine kirjeldab hapete, lahustite või kuuma vee kasutamist lahustunud aine selektiivseks lahustamiseks inertsest lahustumatust tahkest ainest. Leostumist kasutatakse kaevandamisel sageli metallide ekstraheerimiseks maagidest.
Ultraheli leostumise eelised:

• peske poorsetest materjalidest väikesed avad;
• ületada membraanide selektiivsus
• hävitada tahkeid aineid, delamiineerida ja deaglomeraatseid tahkeid aineid
• passiivsete kihtide eemaldamine
• Oksiidikihtide eemaldamine
• niisutada kogu materjali pinda, eriti suure pindpinevusega vedelike puhul;
• nihke hõrenemine

Klõpsa siia, et saada lisateavet ultraheli leostumise kohta!

Hielscheri sonikaatorid mis tahes tootmismahu jaoks

Sonikatsioon laboris, pink-Top ja tootmisskaalal: Kõik Hielscheri ultraheli seadmed on ehitatud töötama 24h / 7d, isegi ultraheli labori homogenisaatorid võivad töödelda märkimisväärseid koguseid kas partii või läbivoolu režiimis. Pink-top ja tööstuslikud ultrasonikaatorid on projekteeritud ja ehitatud tööstuslikul tasemel, nii et suuri mahtusid ja kõrgeid viskoossusi saab ilma probleemideta töödelda – isegi nõudlikes tingimustes, nagu kõrge rõhk ja kõrged temperatuurid (nt koos ülekriitilise CO2-ga, ekstrusiooniprotsessides jne). Hielscheri tugevad ultrasonikaatorid on võimelised käsitsema lahusteid, abrasiivseid vedelikke ja söövitavaid aineid. Sobivad tarvikud võimaldavad ultraheli süsteemi optimaalselt kohandada ekstraheerimisprotsessi nõuetega. Paigaldamiseks ohtlikesse keskkondadesse, ATEX- või FM-reitinguga plahvatuskindlad ultraheli süsteemid on saadaval.
Seega võimaldavad Hielscheri tugevad ja võimsad sonikaatorid ning lai valik tarvikuid sonikeerida selliseid materjale nagu kuum vesi / vedelikud, happed, metallisulamid, soola sulamid, lahustid (nt metanool, heksaan; orgaanilised, polaarsed lahustid, nt atsetonitriil).

Vooskeem: ultraheli faasiülekande ekstraheerimise etapid