Extraction Catalytique Assistée par Ultrasons

Les réacteurs à ultrasons Hielscher sont utilisés dans de nombreuses industries pour assister et améliorer le processus d'extraction catalytique (CEP) ou l'extraction par transfert de phase (PTE). L'extraction catalytique implique un système de phases hétérogènes non miscibles, telles que liquide-liquide ou liquide-solide. Les forces ultrasoniques de cisaillement et de cavitation améliorent considérablement la vitesse de dissolution des solutés, ce qui permet une extraction plus rapide et plus complète. En outre, cet effet peut être utilisé pour réduire la quantité de solvant ou d'acide utilisée. Technique éprouvée, l'extraction assistée par ultrasons est de plus en plus utilisée en raison de la demande croissante de techniques d'extraction respectueuses de l'environnement, avec des temps d'extraction plus courts et une consommation réduite de solvants organiques.

Extraction catalytique/extraction par transfert de phase – Principes de base

Le terme “Le traitement par extraction catalytique (CEP) ou l'extraction par transfert de phase (PTE) décrit la distribution liquide-liquide ou solide-liquide lors de l'extraction et de l'élimination des analytes. Par conséquent, le diluant liquide ou solide doit être dispersé/émulsionné dans le solvant (phase liquide). Le terme “agent d'extraction” seule la substance active dans le solvant est décrite (c'est-à-dire la "phase organique" homogène).’ qui comprend l'agent d'extraction, le diluant et/ou le modificateur) qui est principalement responsable du transfert du soluté du milieu "aqueux" au milieu "aqueux".’ au "bio’ phase. [IUPAC]. La matière cible qui est extraite est appelée extrait.
Les méthodes d'extraction traditionnelles, telles que l'extraction par soxhlet, la macération, les micro-ondes, la percolation, l'extraction à reflux et la distillation à la vapeur, ou la turbo-extraction, sont souvent lentes et inefficaces et/ou nécessitent une grande quantité de solvants dangereux, ce qui se traduit par un processus long et coûteux, nuisible à l'environnement.
Les ultrasons sont une alternative éprouvée aux méthodes d'extraction conventionnelles. Ils permettent une extraction plus rapide et plus complète, avec moins ou pas de solvants dangereux ! Les ultrasons sont une technique puissante pour un traitement vert et respectueux de l'environnement.

Principe de l'extraction catalytique assistée par ultrasons

Pour l'extraction d'une substance, les phases non miscibles doivent être mélangées afin que la substance à extraire puisse être dissoute de la phase porteuse dans la phase solvant. Le plus souvent, les extractions par transfert de phase sont réalisées à partir d'une phase dispersée dans une phase continue, ce qui signifie que les gouttelettes et les particules doivent être dispersées de manière homogène dans le solvant.
Les ultrasons de puissance sont une technologie de mélange et d'extraction bien connue qui a plusieurs effets positifs sur le processus d'extraction :

Avantages de l'extraction par ultrasons :

• rompre les couches limites
• surmonter les forces de van-der-Waals
• déplacer le liquide non saturé vers la surface de contact
• réduire ou éliminer le besoin d'agents de transfert
• réduire la durée, la température et/ou la concentration
• moins d'excès par rapport au volume nécessaire pour une saturation complète
• moins de volume à raffiner (par exemple par distillation, évaporation, séchage)
• pas de réacteurs à agitation continue (CSR)
• économiser de l'énergie
• pas de mise en lots mais un traitement en ligne
• utiliser un solvant moins acide ou moins cher
• éviter les solvants, les remplacer par des solutions aqueuses
• traiter des concentrations élevées de matières solides ou des boues à haute viscosité
• Traitement écologique : respectueux de l'environnement
• utiliser des acides organiques, tels que l'acide malique ou l'acide citrique
• éviter les processus d'extraction en plusieurs étapes

extraction liquide-liquide

Processus conventionnel : L'extraction liquide-liquide est une méthode de séparation qui permet d'extraire des substances d'une phase liquide vers une autre phase liquide en fonction de la solubilité relative des substances dans les deux phases liquides non miscibles. L'utilisation d'ultrasons améliore la vitesse à laquelle le soluté est transféré entre les deux phases grâce à une technologie à haute performance. mélange, Émulsionet Dissolution!
L'extraction liquide-liquide est une technique de séparation qui permet d'isoler et de concentrer les composants précieux d'une solution aqueuse à l'aide d'un solvant organique. L'extraction liquide-liquide est souvent utilisée lorsque d'autres techniques de séparation (par exemple la distillation) sont inefficaces. L'extraction liquide-liquide est utilisée dans l'industrie pharmaceutique. & cosmétique (composés actifs, IPA, parfums), ainsi que l'industrie alimentaire et agricole, pour la chimie organique et inorganique, l'industrie pétrochimique et l'hydrométallurgie.

Problème : Un problème courant est l'immiscibilité des phases liquides (le solvant et le diluant ne sont pas miscibles), de sorte qu'une méthode de mélange appropriée est nécessaire. Comme un mélange homogène des deux phases liquides favorise le transfert de phase entre le diluant et le solvant, une méthode de dispersion ou d'émulsification fiable est cruciale. Plus le mélange est fin et plus la surface de contact entre les deux phases est élevée, plus le solvant peut passer d'une phase liquide à l'autre. Les procédés d'extraction conventionnels ne favorisent généralement pas le transfert de masse, de sorte que le processus d'extraction est lent et souvent incomplet. Pour améliorer l'extraction, on utilise souvent des quantités excessives de solvant, ce qui rend le processus coûteux et polluant pour l'environnement.
 

 
Solution : L'extraction liquide-liquide par ultrasons surpasse les techniques traditionnelles d'extraction liquide-liquide sur plusieurs points :
Les ultrasons puissants mélangent deux ou plusieurs phases liquides de manière fiable et facile. Grâce aux ultrasons, les gouttelettes peuvent être réduites à une taille nanométrique, de sorte que de fines gouttelettes peuvent être mélangées à d'autres liquides. micro- et nano-émulsions sont obtenues. Ainsi, les forces de cavitation générées favorisent le transfert de masse entre les phases liquides. La sonication peut être effectuée dans un système continu en ligne, grands volumes et liquides très visqueux peuvent être traités sans problème.
Mais la sonication peut également améliorer la micro-extraction, par exemple à des fins analytiques (micro-extraction à base de liquide ionique avec émulsification ultrasonique).

Avantages de l'extraction par ultrasons :
Des forces ultrasoniques puissantes – générés par des ultrasons de basse fréquence/ haute puissance – contribue à

• remodeler les gouttes
• éviter les agents de transfert d'émulsion ou les catalyseurs amphiphiles
• éviter l'utilisation de détergents ou d'agents de surface
• éviter les catalyseurs amphiphiles, les détergents ou les surfactants
• générer des émulsions turbulentes instables sans couches de tensioactifs

Extraction solide-liquide améliorée par les ultrasons

L'objectif de l'extraction solide-liquide ou de l'extraction en phase solide (SPE) est de séparer les analytes, qui sont dissous ou en suspension dans un mélange liquide, et de les isoler d'une matrice en fonction de leurs propriétés physiques et chimiques. L'isolat est donc élué des sorbants à l'aide d'un solvant approprié. La substance extraite est appelée élution.
Les techniques conventionnelles de SPE sont la macération, l'extraction soxhlet, la percolation, la combinaison du reflux et de la distillation à la vapeur, ou le mélange à grande vitesse/la turbo-extraction. L'extraction solide-liquide est une procédure courante pour séparer les composés en biologie, en chimie ainsi que dans l'industrie alimentaire, pharmaceutique et cosmétique. L'extraction des métaux est également connue sous le nom de lixiviation.
Problème : Les techniques conventionnelles de SPE sont connues pour prendre beaucoup de temps et nécessitent des quantités relativement importantes de solvants qui sont pour la plupart dangereux et polluants pour l'environnement. Les températures élevées du processus peuvent même entraîner la destruction des extraits thermosensibles.
Solution : L'extraction solide-liquide assistée par ultrasons permet de surmonter les problèmes courants de la SPE traditionnelle. Comme la sonication permet une distribution fine des solides dans la phase de solvant, la limite interfaciale est plus large, ce qui améliore le transfert de masse de la substance cible dans le solvant. Il en résulte une extraction plus rapide et plus complète, tandis que l'utilisation de solvant est réduite ou complètement évitée (utiliser de l'eau comme phase liquide à la place). Grâce à l'application des ultrasons de puissance, l'extraction en phase solide peut être réalisée de manière plus efficace, plus économique et plus respectueuse de l'environnement. En raison de la réduction ou de l'évitement des solvants polluants ou dangereux, l'extraction par ultrasons peut être considérée comme respectueuse de l'environnement. Processus vert. D'un point de vue économique, les coûts du processus sont réduits grâce aux économies d'énergie, de solvant et de temps.

extraction par solvant ultrasonique

Dans le cas d'une extraction par solvant, un solvant (par exemple un solvant organique) est utilisé pour dissoudre et séparer un composé d'un autre liquide (par exemple une phase aqueuse). En général, les solutés les plus polaires se dissolvent dans le solvant le plus polaire, et les solutés les moins polaires dans le solvant le moins polaire. L'extraction par solvant permet de séparer les thiophènes oxydés (sulfoxydes, sulfones) d'une phase huileuse à l'aide d'acétonitrile ou d'autres solvants polaires. L'extraction par solvant est également utilisée pour extraire des matériaux, tels que l'uranium, le plutonium ou le thorium, de solutions acides en triphosphates organophosphorés.N-phosphate de butyle (procédé PUREX).
Réduisez votre utilisation de solvants : L'utilisation des ultrasons permet de minimiser l'utilisation de solvants dans le processus et d'optimiser la charge de produit dans le solvant. Elle permet également une extraction plus rapide et plus complète.
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Extraction Soxhlet assistée par ultrasons

L'extraction Soxhlet est une technique d'extraction solide-liquide fréquemment utilisée dans les laboratoires de synthèse et d'analyse. L'extraction Soxhlet est principalement utilisée lorsqu'une substance n'a qu'une solubilité limitée dans un solvant et que l'impureté est insoluble dans ce solvant.
Les ultrasons peuvent être combinés avec succès à l'extraction Soxhlet, ce qui permet d'augmenter les rendements et de réduire le temps d'extraction.
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Extraction dans les fontes par sonication

Les extractions liquide-liquide peuvent être réalisées dans des mélanges où l'une ou les deux phases liquides sont des fondus, tels que des sels fondus ou des métaux fondus, comme le mercure. Une puissante sonication en ligne dans des réacteurs à cellules d'écoulement à ultrasons permet de traiter même les liquides à haute viscosité tels que les matières fondues.

Lixiviation assistée par ultrasons

La lixiviation décrit l'utilisation d'acides, de solvants ou d'eau chaude pour dissoudre sélectivement un soluté à partir d'un support solide inerte et insoluble. La lixiviation est souvent utilisée dans l'industrie minière pour extraire les métaux des minerais.
Avantages de la lixiviation par ultrasons :

• laver les petits orifices des matériaux poreux
• surmonter les sélectivités des membranes
• détruire les solides, les délaminer et les désagglomérer
• suppression des couches passives
• élimination des couches d'oxyde
• mouiller toutes les surfaces des matériaux, en particulier les liquides à haute tension superficielle
• amincissement par cisaillement

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Sonicateurs Hielscher pour tous les volumes de production

Sonication à l'échelle du laboratoire, de la paillasse et de la production : Tous les appareils à ultrasons Hielscher sont conçus pour fonctionner 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, même les homogénéisateurs de laboratoire à ultrasons peuvent traiter des volumes considérables, que ce soit en mode batch ou en mode flow-through. Les appareils à ultrasons de table et industriels sont conçus et construits selon des normes industrielles, de sorte que des volumes importants et des viscosités élevées peuvent être traités sans problème. – même dans des conditions exigeantes telles que des pressions et des températures élevées (par exemple, en combinaison avec du CO2 supercritique, pour des processus d'extrusion, etc.) Les ultrasons robustes de Hielscher sont capables de traiter des solvants, des liquides abrasifs et des produits corrosifs. Des accessoires appropriés permettent d'adapter le système ultrasonique de manière optimale aux exigences du processus d'extraction. Pour l'installation dans des environnements dangereux, les appareils sont classés ATEX ou FM. systèmes ultrasoniques antidéflagrants sont disponibles.
Ainsi, les sonicateurs robustes et puissants de Hielscher et la large gamme d'accessoires permettent de soniquer des matériaux tels que l'eau chaude/les liquides, les acides, les métaux fondus, les sels fondus, les solvants (par exemple le méthanol, l'hexane ; les solvants organiques polaires, par exemple l'acétonitrile).

Organigramme : Étapes de l'extraction par transfert de phase ultrasonique