अल्ट्रासोनिक ट्रांसएस्टरीकरण द्वारा पॉलीऑल संश्लेषण

पॉलीऑल संश्लेषित एस्टर हैं, जो मुख्यतः वनस्पति तेलों या पशु वसा से प्राप्त ट्राइग्लिसराइडों के ट्रांसएस्टरीकरण द्वारा बनाए जाते हैं। ये पॉलीऑल पॉलीयुरेथेन, जैवस्नेहकों और अन्य रसायनों के उत्पादन के लिए कच्चे माल हैं। तीव्र अपरूपण बल और ऊष्मीय ऊर्जा लागू करके ट्रांसएस्टरीकरण अभिक्रियाओं को बढ़ावा देने के लिए अल्ट्रासोनिकेशन का उपयोग किया जाता है। अल्ट्रासाउंड और इसके सोनोकेमिकल प्रभाव अभिक्रिया के लिए ऊर्जा प्रदान करते हैं और द्रव्यमान स्थानांतरण की सीमाओं को दूर करने में मदद करते हैं। इस प्रकार, सोनिकेशन ट्रांसएस्टरीकरण की गति, प्राप्ति और समग्र दक्षता में उल्लेखनीय सुधार करता है।

अल्ट्रासाउंड-सहायित ट्रांसएस्टरीकरण

ट्रांसएस्टरीकरण अभिक्रियाएँ संश्लेषण के सबसे महत्वपूर्ण मार्गों में से एक हैं और वनस्पति तेलों को पेट्रोलियम उत्पादों के विकल्पों में बदलने की एक प्रभावी तकनीक के रूप में इनका व्यापक उपयोग किया जाता है। सोनो-संश्लेषण (जिसे सोनोकेमिकल संश्लेषण भी कहते हैं, अर्थात उच्च-प्रदर्शन वाले अल्ट्रासाउंड द्वारा प्रोत्साहित रासायनिक संश्लेषण) ट्रांसएस्टरीकरण तथा अन्य रासायनिक प्रक्रियाओं पर अपने लाभकारी प्रभावों के लिए सुविख्यात है।

अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके वनस्पति तेलों से पॉलीऑल का संधारणीय संश्लेषण

पौधों से प्राप्त वसीय अम्ल, अर्थात वनस्पति तेल, व्यापक रूप से उपलब्ध और नवीकरणीय कच्चा माल हैं तथा इनका उपयोग जैव-आधारित पॉलीऑल और पॉलीयुरेथेन तैयार करने के लिए किया जा सकता है। उच्च-शक्ति वाले अल्ट्रासाउंड का उपयोग अनुकूल सोनोकेमिकल प्रभाव उत्पन्न करता है, जो ट्रांसएस्टरीकरण की उत्प्रेरकीय अभिक्रिया को उल्लेखनीय रूप से तेज़ करते हैं। इसके अतिरिक्त, सोनिकेशन संश्लेषित पॉलीऑल की प्राप्ति बढ़ाता है, क्योंकि ध्वनिक कैविटेशन की तीव्र मिश्रण ऊर्जा द्रव्यमान स्थानांतरण की सीमा को दूर करती है। अल्ट्रासोनिक ट्रांसएस्टरीकरण अभिक्रियाएँ पारंपरिक ट्रांसएस्टरीकरण अभिक्रियाओं की तुलना में अल्कोहल और उत्प्रेरक की कम मात्रा के साथ कुशलतापूर्वक चलने के लिए सुविख्यात हैं। इससे अल्ट्रासोनिकेशन द्वारा समग्र दक्षता में सुधार होता है।

पेंटाएरिथ्रिटॉल एस्टर पर आधारित जैवस्नेहक का अल्ट्रासोनिक संश्लेषण

Arumugam के शोध दल ने प्रदर्शित किया कि दो चरणों वाली सोनोकेमिकल प्रक्रिया द्वारा रेपसीड तेल से पेंटाएरिथ्रिटॉल एस्टर का कुशलतापूर्वक संश्लेषण किया जा सकता है। अपने अनुकूलन अध्ययन में शोधकर्ताओं ने Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर UP400St का उपयोग किया (बाईं ओर चित्र देखें)। पहले सोनोकेमिकल प्रभावों से प्रोत्साहित ट्रांसएस्टरीकरण में, रेपसीड तेल की मेथनॉल के साथ अभिक्रिया कराकर मिथाइल एस्टर बनाया जाता है। ट्रांसएस्टरीकरण के दूसरे चरण में, मिथाइल एस्टर ज़ाइलीन और एक उत्प्रेरक के साथ अभिक्रिया करके पेंटाएरिथ्रिटॉल एस्टर बनाता है। शोधकर्ता ने अल्ट्रासाउंड के अंतर्गत पेंटाएरिथ्रिटॉल एस्टर के संश्लेषण की प्राप्ति और समग्र दक्षता बढ़ाने के लिए अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया के प्राचलों के अनुकूलन पर ध्यान केंद्रित किया। 15 s के अल्ट्रासोनिक पल्स, 60% के अल्ट्रासोनिक आयाम, 1.5 wt% की उत्प्रेरक सांद्रता और 100°C के अभिक्रिया तापमान पर पेंटाएरिथ्रिटॉल एस्टर की 81.4% की बेहतर प्राप्ति हासिल की गई। गुणवत्ता नियंत्रण के लिए, सोनोकेमिकल विधि से संश्लेषित पेंटाएरिथ्रिटॉल एस्टर की तुलना सिंथेटिक ग्रेड कंप्रेसर तेल से की गई। निष्कर्षतः, अध्ययन से संकेत मिलता है कि अल्ट्रासोनिक प्रभावों से प्रोत्साहित क्रमिक ट्रांसएस्टरीकरण प्रक्रिया, पेंटाएरिथ्रिटॉल एस्टर पर आधारित जैवस्नेहक के संश्लेषण के लिए पारंपरिक क्रमिक ट्रांसएस्टरीकरण प्रक्रिया की जगह लेने की एक कुशल विधि है। अल्ट्रासोनिक ट्रांसएस्टरीकरण प्रक्रिया के प्रमुख लाभ पेंटाएरिथ्रिटॉल एस्टर की बढ़ी हुई प्राप्ति, कम अभिक्रिया समय और उल्लेखनीय रूप से कम अभिक्रिया तापमान हैं। (cf. Arumugam et al., 2019)

अल्ट्रासोनिक प्रभावों से तीव्र किया गया, रेपसीड तेल से पेंटाएरिथ्रिटॉल एस्टर बनाने का दो-चरणीय ट्रांसएस्टरीकरण।
(Arumugam et al., 2019 से अनुकूलित)

अल्ट्रासोनिक संश्लेषण द्वारा पेंटानल से प्राप्त एसीटल एस्टर

Kurniawan के शोध दल ने हरित रसायन विज्ञान के सिद्धांतों का उपयोग करते हुए सोनोकेमिकल विधि से पेंटानल से व्युत्पन्न तीन एसीटल एस्टरों का संश्लेषण किया। दो रासायनिक चरणों को बढ़ावा देने के लिए सोनिकेशन का उपयोग किया गया:

1. 9,10-डाइहाइड्रॉक्सीऑक्टाडेकैनोइक अम्ल का एस्टरीकरण
2. ऐल्किल 9,10-डाइहाइड्रॉक्सीऑक्टाडेकैनोएट का एसीटलीकरण

ऐल्किल 9,10-डाइहाइड्रॉक्सीस्टीयरेट के एस्टरों के उत्पादन के लिए दो चरणों की आवश्यकता होती है और 67–85% की प्राप्तियाँ हासिल की गईं। दक्षता के मूल्यांकन के लिए सोनोकेमिकल विधि की तुलना पारंपरिक रिफ्लक्स तकनीक से की गई। इसके अतिरिक्त, विभिन्न उत्प्रेरकों के प्रभाव और दक्षता का निर्धारण करने के लिए समांगी तथा ठोस अम्ल उत्प्रेरकों, अर्थात् सल्फ्यूरिक अम्ल (H2SO4), प्राकृतिक बेंटोनाइट और H-बेंटोनाइट का उपयोग किया गया। पाया गया कि H-बेंटोनाइट द्वारा उत्प्रेरित अम्ल के सोनोकेमिकल एस्टरीकरण से रिफ्लक्स विधि की तुलना में 3 गुना कम अभिक्रिया समय में 70% तक उत्पाद प्राप्त हुए, जो उल्लेखनीय है। H-बेंटोनाइट की उपस्थिति में अल्ट्रासोनिकेशन का उपयोग करते हुए n-पेंटानल के साथ अंतिम एसीटलीकरण चरण से पेंटानल से व्युत्पन्न तीन डाइऑक्सोलेन व्युत्पन्न 69–85% की प्राप्तियों के साथ मिले, जो पारंपरिक विधि की तुलना में अधिक हैं। रिफ्लक्स विधि में सोनोकेमिकल विधि की तुलना में अधिक अभिक्रिया समय लगा, क्योंकि अल्ट्रासोनिक संश्लेषण के लिए केवल 10–30min की आवश्यकता थी। सोनिकेशन के दौरान अभिक्रिया समय काफी कम होने के साथ-साथ, सोनोकेमिकल विधि से प्रत्येक एस्टर की उल्लेखनीय प्राप्ति भी हासिल हुई।
शोधकर्ता ने यह भी गणना की कि सोनोकेमिकल अभिक्रिया की ऊर्जा आवश्यकताएँ पारंपरिक विधि की तुलना में लगभग 62 गुना कम हैं। इससे लागत घटती है और यह पर्यावरण के अनुकूल है।
प्रत्येक उत्पाद के भौतिक-रासायनिक गुणों की जाँच से पता चला कि methyl 8-(2-butyl-5-octyl-1,3-dioxolan-4-yl)octanoate एक संभावित नया जैवस्नेहक है, जिसमें सामान्य स्नेहकों का स्थान लेने के लिए आवश्यक कार्यात्मक गुण हैं। (cf. Kurniawan et al., 2021)

अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके पेंटाएरिथ्रिल एस्टरों का ट्रांसएस्टरीकरण

पेंटाएरिथ्रिल एस्टर सूरजमुखी, अलसी और जट्रोफा के तेल जैसे वनस्पति तेलों से प्राप्त किए जा सकते हैं। Hashem के शोध दल ने दो ट्रांसएस्टरीकरण चरणों वाली क्रमिक, क्षार-उत्प्रेरित ट्रांसएस्टरीकरण अभिक्रियाओं के माध्यम से जैव-आधारित स्नेहकों का संश्लेषण प्रदर्शित किया। उन्होंने सूरजमुखी, अलसी और जट्रोफा के तेल का उपयोग करके इस संश्लेषण की व्यवहार्यता प्रदर्शित की। पहले चरण में, तेलों को संबंधित मिथाइल एस्टरों में परिवर्तित किया गया। दूसरी प्रक्रिया में, पेंटाएरिथ्रिटॉल की क्रिया से मिथाइल एस्टरों को पेंटाएरिथ्रिल एस्टरों में परिवर्तित किया गया, जैसा कि निम्नलिखित अभिक्रिया आरेख में दिखाया गया है: (cf. Hashem et al., 2013)

वनस्पति तेल का मिथाइल एस्टर में ट्रांसएस्टरीकरण करने के बाद, पेंटाएरिथ्रिटॉल की क्रिया से मिथाइल एस्टरों को पेंटाएरिथ्रिल एस्टरों में परिवर्तित किया जाता है, जैसा कि ऊपर दिए गए अभिक्रिया आरेख में दिखाया गया है।
(cf. Hashem et al., 2013)

ट्रांसएस्टरीकरण अभिक्रिया को काफी बढ़ावा देने वाले अल्ट्रासोनिकेशन के प्रभाव वैज्ञानिक रूप से सिद्ध हैं और दशकों से औद्योगिक स्तर पर अपनाए जा रहे हैं। अल्ट्रासोनिक विधि से बेहतर किए गए ट्रांसएस्टरीकरण का सबसे प्रमुख उदाहरण तेलों और वसाओं का फैटी एसिड मिथाइल एस्टर (FAME) में रूपांतरण है, जिसे बायोडीज़ल के नाम से जाना जाता है।
(अपशिष्ट) तेलों और वसाओं के बायोडीज़ल में अल्ट्रासाउंड-सहायित ट्रांसएस्टरीकरण के बारे में और पढ़ें!

ट्रांसएस्टरीकरण और अन्य रासायनिक संश्लेषणों के लिए अल्ट्रासोनिक प्रोब और रिएक्टर

सोनोकेमिकल अभिक्रियाओं के लिए उन्नत, उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिकेटरों के मामले में Hielscher Ultrasonics आपका विशेषज्ञ है। Hielscher उच्च शक्ति वाले अल्ट्रासोनिकेटरों और किसी भी आकार के सहायक उपकरणों, जैसे प्रोब (सोनोट्रोड), रिएक्टर और प्रवाह सेल, का डिज़ाइन, निर्माण और वितरण करता है तथा रासायनिक प्रयोगशालाओं के साथ-साथ औद्योगिक पैमाने की रासायनिक उत्पादन सुविधाओं को भी इनकी आपूर्ति करता है। कॉम्पैक्ट प्रयोगशाला अल्ट्रासोनिक उपकरणों से लेकर औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोब और रिएक्टर तक, Hielscher के पास आपकी प्रक्रिया के लिए आदर्श अल्ट्रासोनिक प्रणाली है। सोनो-कैटालिसिस और सोनो-सिंथेसिस जैसे अनुप्रयोगों में लंबे अनुभव के आधार पर, हमारे सुप्रशिक्षित कर्मचारी आपकी आवश्यकताओं के लिए सबसे उपयुक्त विन्यास की अनुशंसा करेंगे।
Hielscher Ultrasonics अत्यंत मज़बूत और तीव्र अल्ट्रासाउंड तरंगें प्रदान करने में सक्षम उच्च प्रदर्शन वाली अल्ट्रासोनिक प्रणालियाँ बनाता है, क्योंकि सभी Hielscher औद्योगिक अल्ट्रासोनिकेटर निरंतर संचालन (24/7) में बहुत उच्च आयाम प्रदान कर सकते हैं। इन मज़बूत अल्ट्रासाउंड प्रणालियों को लगभग किसी रखरखाव की आवश्यकता नहीं होती और इन्हें लगातार चलने के लिए बनाया गया है। इससे Hielscher अल्ट्रासोनिक उपकरण चुनौतीपूर्ण परिस्थितियों में भारी कार्यभार वाले अनुप्रयोगों के लिए विश्वसनीय बनते हैं। उच्च तापमान या अत्यंत कठोर रासायनिक परिवेश के लिए विशेष सोनोट्रोड भी उपलब्ध हैं।
सर्वोच्च गुणवत्ता – जर्मनी में डिज़ाइन और निर्मित: सभी उपकरणों का डिज़ाइन और निर्माण जर्मनी स्थित हमारे मुख्यालय में किया जाता है। ग्राहक को आपूर्ति करने से पहले प्रत्येक अल्ट्रासोनिक उपकरण का पूर्ण भार पर सावधानीपूर्वक परीक्षण किया जाता है। हम ग्राहकों की संतुष्टि के लिए प्रयासरत हैं और हमारी उत्पादन व्यवस्था सर्वोच्च गुणवत्ता आश्वासन की आवश्यकताओं (जैसे ISO प्रमाणन) को पूरा करने के लिए बनाई गई है।

नीचे दी गई तालिका हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है: