અલ્ટ્રાસોનિક ટ્રાન્સએસ્ટરિફિકેશન દ્વારા પોલિઓલનું સંશ્લેષણ

પોલિઓલ કૃત્રિમ એસ્ટર છે, જે મુખ્યત્વે વનસ્પતિ તેલ અથવા પ્રાણીજ ચરબીમાંથી મળતા ટ્રાઇગ્લિસરાઇડના ટ્રાન્સએસ્ટરિફિકેશન દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે. આ પોલિઓલ પોલિયુરિથેન, જૈવસ્નેહકો અને અન્ય રસાયણોના ઉત્પાદન માટેનો કાચો માલ છે. તીવ્ર કતરણ બળો અને ઉષ્મીય ઊર્જા લાગુ કરીને ટ્રાન્સએસ્ટરિફિકેશન પ્રતિક્રિયાઓને વેગ આપવા માટે અલ્ટ્રાસોનિકેશનનો ઉપયોગ થાય છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ અને તેની સોનોકેમિકલ અસરો પ્રતિક્રિયા માટે ઊર્જા પૂરી પાડે છે અને દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણની મર્યાદાઓને દૂર કરવામાં મદદ કરે છે. આ રીતે, સોનિકેશન ટ્રાન્સએસ્ટરિફિકેશનની ગતિ, ઉપજ અને એકંદર કાર્યક્ષમતામાં નોંધપાત્ર સુધારો કરે છે.

અલ્ટ્રાસાઉન્ડની સહાયથી ટ્રાન્સએસ્ટરિફિકેશન

ટ્રાન્સએસ્ટરિફિકેશન પ્રતિક્રિયાઓ સંશ્લેષણના સૌથી મહત્વપૂર્ણ માર્ગોમાંનો એક છે અને વનસ્પતિ તેલને પેટ્રોલિયમ ઉત્પાદનોના વિકલ્પોમાં રૂપાંતરિત કરવાની અસરકારક તકનીક તરીકે તેનો વ્યાપક ઉપયોગ થાય છે. સોનો-સંશ્લેષણ (જેને સોનોકેમિકલ સંશ્લેષણ પણ કહે છે અને જે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડ દ્વારા પ્રોત્સાહિત રાસાયણિક સંશ્લેષણ છે) ટ્રાન્સએસ્ટરિફિકેશન તેમજ અન્ય રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ પર તેની લાભદાયક અસરો માટે જાણીતું છે.

અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ કરીને વનસ્પતિ તેલમાંથી પોલિઓલનું ટકાઉ સંશ્લેષણ

વનસ્પતિમાંથી મેળવેલા ફેટી એસિડ, એટલે કે વનસ્પતિ તેલ, વ્યાપક રીતે ઉપલબ્ધ અને નવીનીકરણીય કાચો માલ છે અને તેનો ઉપયોગ જૈવ-આધારિત પોલિઓલ અને પોલિયુરિથેન તૈયાર કરવા માટે થઈ શકે છે. પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ અનુકૂળ સોનોકેમિકલ અસરો સર્જે છે, જે ટ્રાન્સએસ્ટરિફિકેશનની ઉત્પ્રેરકીય પ્રતિક્રિયાને નોંધપાત્ર વેગ આપે છે. વધુમાં, સોનિકેશન સંશ્લેષિત પોલિઓલની ઉપજ વધારે છે, કારણ કે ધ્વનિક કેવિટેશનની તીવ્ર મિશ્રણ ઊર્જા દ્રવ્ય સ્થાનાંતરણની મર્યાદાને દૂર કરે છે. અલ્ટ્રાસોનિક ટ્રાન્સએસ્ટરિફિકેશન પ્રતિક્રિયાઓ પરંપરાગત ટ્રાન્સએસ્ટરિફિકેશન પ્રતિક્રિયાઓની સરખામણીમાં આલ્કોહોલ અને ઉત્પ્રેરકની ઓછી માત્રા સાથે કાર્યક્ષમ રીતે ચાલવા માટે જાણીતી છે. આ રીતે અલ્ટ્રાસોનિકેશનથી એકંદર કાર્યક્ષમતામાં સુધારો થાય છે.

પેન્ટાએરિથ્રિટોલ એસ્ટર-આધારિત જૈવસ્નેહકનું અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણ

Arumugam ના સંશોધન જૂથે દર્શાવ્યા મુજબ, બે તબક્કાની સોનોકેમિકલ પ્રક્રિયા દ્વારા રેપસીડ તેલમાંથી પેન્ટાએરિથ્રિટોલ એસ્ટરનું કાર્યક્ષમ રીતે સંશ્લેષણ કરી શકાય છે. તેમના ઇષ્ટતમીકરણ અભ્યાસમાં સંશોધકોએ Hielscher અલ્ટ્રાસોનિકેટર UP400St નો ઉપયોગ કર્યો હતો (ડાબી બાજુનું ચિત્ર જુઓ). સોનોકેમિકલ રીતે પ્રોત્સાહિત પ્રથમ ટ્રાન્સએસ્ટરિફિકેશનમાં, રેપસીડ તેલની મિથેનોલ સાથે પ્રતિક્રિયા કરાવીને મિથાઇલ એસ્ટર બનાવવામાં આવે છે. ટ્રાન્સએસ્ટરિફિકેશનના બીજા તબક્કામાં, મિથાઇલ એસ્ટર ઝાઇલિન અને ઉત્પ્રેરક સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને પેન્ટાએરિથ્રિટોલ એસ્ટર બનાવે છે. સંશોધકે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ હેઠળ પેન્ટાએરિથ્રિટોલ એસ્ટરના સંશ્લેષણની ઉપજ અને એકંદર કાર્યક્ષમતા વધારવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયાના પરિમાણોના ઇષ્ટતમીકરણ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કર્યું હતું. 15 sના અલ્ટ્રાસોનિક પલ્સ, 60%ના અલ્ટ્રાસોનિક કંપવિસ્તાર, 1.5 wt%ની ઉત્પ્રેરક સાંદ્રતા અને 100°Cના પ્રતિક્રિયા તાપમાને પેન્ટાએરિથ્રિટોલ એસ્ટરની 81.4% જેટલી સુધારેલી ઉપજ પ્રાપ્ત થઈ હતી. ગુણવત્તા નિયંત્રણ માટે સોનોકેમિકલ રીતે સંશ્લેષિત પેન્ટાએરિથ્રિટોલ એસ્ટરની સરખામણી સિન્થેટિક ગ્રેડના કોમ્પ્રેસર તેલ સાથે કરવામાં આવી હતી. નિષ્કર્ષરૂપે, આ અભ્યાસ સૂચવે છે કે પેન્ટાએરિથ્રિટોલ એસ્ટર-આધારિત જૈવસ્નેહકના સંશ્લેષણ માટે પરંપરાગત ક્રમિક ટ્રાન્સએસ્ટરિફિકેશન પ્રક્રિયાના સ્થાને અલ્ટ્રાસોનિક રીતે પ્રોત્સાહિત ક્રમિક ટ્રાન્સએસ્ટરિફિકેશન પ્રક્રિયા એક કાર્યક્ષમ પદ્ધતિ છે. અલ્ટ્રાસોનિક ટ્રાન્સએસ્ટરિફિકેશન પ્રક્રિયાના મુખ્ય ફાયદાઓમાં પેન્ટાએરિથ્રિટોલ એસ્ટરની વધેલી ઉપજ, ઓછો પ્રતિક્રિયા સમય અને નોંધપાત્ર રીતે નીચાં પ્રતિક્રિયા તાપમાનનો સમાવેશ થાય છે. (cf. Arumugam et al., 2019)

રેપસીડ તેલને પેન્ટાએરિથ્રિટોલ એસ્ટરમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક રીતે તીવ્ર બનાવેલું બે તબક્કાનું ટ્રાન્સએસ્ટરિફિકેશન.
(Arumugam et al., 2019 પરથી અનુકૂલિત)

અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણ દ્વારા પેન્ટાનાલમાંથી મેળવેલા એસિટલ એસ્ટર

Kurniawanના સંશોધન જૂથે હરિત રસાયણશાસ્ત્રના સિદ્ધાંતોનો ઉપયોગ કરીને સોનોકેમિકલ પદ્ધતિ દ્વારા પેન્ટાનાલમાંથી મેળવાયેલા ત્રણ એસિટલ એસ્ટરોનું સંશ્લેષણ કર્યું. બે રાસાયણિક તબક્કાઓને પ્રોત્સાહિત કરવા માટે સોનિકેશનનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો:

1. 9,10-ડાઇહાઇડ્રોક્સીઓક્ટાડેકેનોઇક એસિડનું એસ્ટરીકરણ
2. આલ્કિલ 9,10-ડાઇહાઇડ્રોક્સીઓક્ટાડેકેનોએટનું એસિટલીકરણ

આલ્કિલ 9,10- ડાઇહાઇડ્રોક્સીસ્ટિઅરેટના એસ્ટરો ઉત્પન્ન કરવા માટે બે તબક્કાઓ જરૂરી છે અને 67–85% ઉપજ પ્રાપ્ત થઈ હતી. કાર્યક્ષમતાના મૂલ્યાંકન માટે સોનોકેમિકલ પદ્ધતિની પરંપરાગત રિફ્લક્સ તકનીક સાથે સરખામણી કરવામાં આવી. વધુમાં, વિવિધ ઉત્પ્રેરકોનો પ્રભાવ અને કાર્યક્ષમતા નક્કી કરવા માટે સમાનાંગી અને ઘન એસિડ ઉત્પ્રેરકો, એટલે કે સલ્ફ્યુરિક એસિડ (H2SO4), કુદરતી બેન્ટોનાઇટ અને H-બેન્ટોનાઇટનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો. એવું જાણવા મળ્યું કે H-બેન્ટોનાઇટ દ્વારા ઉત્પ્રેરિત એસિડના સોનોકેમિકલ એસ્ટરીકરણથી રિફ્લક્સ પદ્ધતિ કરતાં 3 ગણા ઓછા પ્રતિક્રિયા સમયમાં 70% સુધીની ઉપજ સાથે ઉત્પાદનો મળ્યાં, જે નોંધપાત્ર છે. H-બેન્ટોનાઇટની હાજરીમાં અલ્ટ્રાસોનિકેશનનો ઉપયોગ કરીને n-પેન્ટાનાલ સાથેના અંતિમ એસિટલીકરણ તબક્કાથી પેન્ટાનાલમાંથી મેળવાયેલા ત્રણ ડાયોક્સોલેન વ્યુત્પન્નો 69–85% ઉપજ સાથે પ્રાપ્ત થયાં, જે પરંપરાગત પદ્ધતિ કરતાં વધુ છે. રિફ્લક્સ પદ્ધતિમાં સોનોકેમિકલ પદ્ધતિ કરતાં વધુ પ્રતિક્રિયા સમય જરૂરી હતો, કારણ કે અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણ માટે માત્ર 10–30min જરૂરી હતા. સોનિકેશન હેઠળ નોંધપાત્ર રીતે ઓછા પ્રતિક્રિયા સમય ઉપરાંત, સોનોકેમિકલ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને દરેક એસ્ટરની નોંધપાત્ર ઉપજ પ્રાપ્ત થઈ હતી.
સંશોધકે એ પણ ગણતરી કરી કે સોનોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાની ઊર્જાની જરૂરિયાતો પરંપરાગત પદ્ધતિ કરતાં આશરે 62 ગણી ઓછી છે. આ ખર્ચ ઘટાડે છે અને પર્યાવરણને અનુકૂળ છે.
દરેક ઉત્પાદનના ભૌતિકરાસાયણિક ગુણધર્મોની તપાસથી જાણવા મળ્યું કે મિથાઇલ 8-(2-બ્યુટિલ-5-ઓક્ટિલ-1,3-ડાયોક્સોલાન-4-ઇલ)ઓક્ટેનોએટ સામાન્ય સ્નેહકોને બદલી શકવાની કાર્યાત્મક ક્ષમતાઓ ધરાવતું સંભવિત નવું જૈવસ્નેહક છે. (cf. Kurniawan et al., 2021)

અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ કરીને પેન્ટાએરિથ્રિલ એસ્ટરોનું ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણ

સૂર્યમુખી, અળસી અને જાટ્રોફા તેલ જેવાં વનસ્પતિ તેલોમાંથી પેન્ટાએરિથ્રિલ એસ્ટરો મેળવી શકાય છે. Hashemના સંશોધન જૂથે ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણના બે તબક્કાઓ ધરાવતી ક્રમિક બેઝ-ઉત્પ્રેરિત ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણ પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા જૈવઆધારિત સ્નેહકોનું સંશ્લેષણ દર્શાવ્યું. તેમણે સૂર્યમુખી, અળસી અને જાટ્રોફા તેલનો ઉપયોગ કરીને આ સંશ્લેષણની શક્યતા દર્શાવી. પ્રથમ તબક્કામાં તેલોને અનુરૂપ મિથાઇલ એસ્ટરોમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવ્યાં. બીજી પ્રક્રિયામાં, નીચેની યોજનામાં દર્શાવ્યા પ્રમાણે, પેન્ટાએરિથ્રિટોલની ક્રિયા દ્વારા મિથાઇલ એસ્ટરોને પેન્ટાએરિથ્રિલ એસ્ટરોમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવ્યાં: (cf. Hashem et al., 2013)

વનસ્પતિ તેલનું મિથાઇલ એસ્ટરમાં ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણ કર્યા પછી, ઉપરની યોજનામાં દર્શાવ્યા પ્રમાણે, પેન્ટાએરિથ્રિટોલની ક્રિયા દ્વારા મિથાઇલ એસ્ટરોને પેન્ટાએરિથ્રિલ એસ્ટરોમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે.
(cf. Hashem et al., 2013)

ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણની પ્રતિક્રિયાને નોંધપાત્ર રીતે વધારતી અલ્ટ્રાસોનિકેશનની અસરો વૈજ્ઞાનિક રીતે સાબિત થયેલી છે અને દાયકાઓથી ઔદ્યોગિક રીતે અપનાવવામાં આવી છે. અલ્ટ્રાસોનિક રીતે સુધારેલા ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણનું સૌથી અગ્રણી ઉદાહરણ તેલો અને ચરબીઓનું ફેટી એસિડ મિથાઇલ એસ્ટર (FAME)માં રૂપાંતરણ છે, જે બાયોડીઝલ તરીકે ઓળખાય છે.
(વપરાયેલાં) તેલો અને ચરબીઓનું બાયોડીઝલમાં અલ્ટ્રાસાઉન્ડ-સહાયિત ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણ કરવા વિશે વધુ વાંચો!

ટ્રાન્સએસ્ટરીકરણ અને અન્ય રાસાયણિક સંશ્લેષણો માટે અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ અને રિએક્ટર

સોનોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓ માટેનાં અત્યાધુનિક, ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સની વાત આવે ત્યારે Hielscher Ultrasonics તમારા નિષ્ણાત છે. Hielscher કોઈપણ કદનાં ઉચ્ચ શક્તિવાળા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ અને પ્રોબ્સ (સોનોટ્રોડ્સ), રિએક્ટર્સ તથા ફ્લો સેલ્સ જેવી સહાયક સામગ્રીની ડિઝાઇન બનાવે છે, ઉત્પાદન કરે છે અને વિતરણ કરે છે તથા રાસાયણિક પ્રયોગશાળાઓ તેમજ ઔદ્યોગિક સ્તરની રાસાયણિક ઉત્પાદન સુવિધાઓને પુરવઠો પૂરો પાડે છે. નાનાં પ્રયોગશાળાનાં અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણોથી લઈને ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ્સ અને રિએક્ટર્સ સુધી, Hielscher પાસે તમારી પ્રક્રિયા માટે આદર્શ અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમ છે. સોનોકેટાલિસિસ અને સોનોસિન્થેસિસ જેવા ઉપયોગોમાં લાંબા સમયના અનુભવ સાથે, અમારો સુપ્રશિક્ષિત કર્મચારીવર્ગ તમારી જરૂરિયાતો માટે સૌથી યોગ્ય ગોઠવણીની ભલામણ કરશે.
Hielscher Ultrasonics અત્યંત મજબૂત અને તીવ્ર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો ઉત્પન્ન કરવામાં સક્ષમ ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળી અલ્ટ્રાસોનિક સિસ્ટમ્સનું ઉત્પાદન કરે છે, કારણ કે તમામ Hielscher ઔદ્યોગિક અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ સતત કામગીરીમાં (24/7) અત્યંત ઊંચા કંપનવિસ્તાર પ્રદાન કરી શકે છે. આ મજબૂત અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સિસ્ટમ્સને લગભગ કોઈ જાળવણીની જરૂર પડતી નથી અને તે સતત કાર્ય કરવા માટે બનાવવામાં આવી છે. આને કારણે Hielscher ના અલ્ટ્રાસોનિક સાધનો પડકારજનક પરિસ્થિતિઓમાં ભારે કામગીરીવાળા ઉપયોગો માટે વિશ્વસનીય બને છે. ઊંચા તાપમાન અથવા અત્યંત કઠોર રાસાયણિક વાતાવરણ માટેના વિશેષ સોનોટ્રોડ્સ પણ ઉપલબ્ધ છે.
સર્વોચ્ચ ગુણવત્તા – જર્મનીમાં ડિઝાઇન અને ઉત્પાદન: તમામ સાધનોની ડિઝાઇન અને ઉત્પાદન જર્મનીમાં આવેલા અમારા મુખ્ય મથક ખાતે કરવામાં આવે છે. ગ્રાહકને પહોંચાડતાં પહેલાં દરેક અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણનું સંપૂર્ણ ભાર હેઠળ કાળજીપૂર્વક પરીક્ષણ કરવામાં આવે છે. અમે ગ્રાહક સંતોષ માટે પ્રયત્નશીલ છીએ અને સર્વોચ્ચ ગુણવત્તાની ખાતરીની જરૂરિયાતો (દા.ત., ISO પ્રમાણન) પૂર્ણ થાય તે રીતે અમારી ઉત્પાદન વ્યવસ્થા ગોઠવવામાં આવી છે.

નીચેનું કોષ્ટક અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતાનો ખ્યાલ આપે છે: