अल्ट्रासोनिक Transesterification के माध्यम से Polyol संश्लेषण
पॉलीओल्स सिंथेटिक एस्टर हैं जो मुख्य रूप से वनस्पति तेलों या पशु वसा से ट्राइग्लिसराइड्स के ट्रांसस्टेरिफिकेशन के माध्यम से उत्पादित होते हैं। ये पॉलीओल्स पॉलीयुरेथन, बायोलुब्रिकेंट्स और अन्य सेमिकल्स के उत्पादन के लिए कच्चा माल हैं। अल्ट्रासोनिकेशन का उपयोग तीव्र कतरनी बलों और थर्मल ऊर्जा को लागू करके ट्रांसस्टेरिफिकेशन प्रतिक्रियाओं को बढ़ाने के लिए किया जाता है। अल्ट्रासाउंड और इसके सोनोकेमिकल प्रभाव प्रतिक्रिया ऊर्जा की आपूर्ति करते हैं और बड़े पैमाने पर हस्तांतरण सीमाओं को दूर करने में मदद करते हैं। इस प्रकार, सोनिकेशन ट्रांसस्टेरिफिकेशन गति, उपज और समग्र दक्षता में काफी सुधार करता है।
अल्ट्रासाउंड-असिस्टेड ट्रांसएस्टरीफिकेशन
ट्रांसस्टेरिफिकेशन प्रतिक्रियाएं सबसे महत्वपूर्ण संश्लेषण मार्गों में से एक हैं और वनस्पति तेलों को पेट्रोलियम उत्पादों के विकल्प में परिवर्तित करने के लिए एक प्रभावी तकनीक के रूप में व्यापक रूप से उपयोग की जाती हैं। सोनो-संश्लेषण (सोनोकेमिकल संश्लेषण भी, जो उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासाउंड के माध्यम से प्रचारित रासायनिक संश्लेषण है), ट्रांसस्टेरिफिकेशन के साथ-साथ अन्य रासायनिक प्रक्रियाओं पर इसके लाभकारी प्रभावों के लिए अच्छी तरह से जाना जाता है।
- तेजी से रूपांतरण
- अधिक पूर्ण प्रतिक्रिया
- कम उत्प्रेरक
- कम अवांछित उप-उत्पाद
- ऊर्जा कुशल
- हरित रसायन
सोनोकेमिकल रूप से बढ़ाए गए इनलाइन ट्रांसस्टेरिफिकेशन के लिए 16,000 वाट (4x 4000 वाट जांच) के साथ अल्ट्रासोनिक रिएक्टर।
अल्ट्रासाउंड का उपयोग कर वनस्पति तेलों से सतत पॉलीओल संश्लेषण
पौधे व्युत्पन्न फैटी एसिड, यानी वनस्पति तेल, एक व्यापक रूप से उपलब्ध और नवीकरणीय कच्चे माल हैं और इसका उपयोग जैव-आधारित पॉलीओल्स और पॉलीयुरेथेन की तैयारी के लिए किया जा सकता है। पावर अल्ट्रासाउंड का आवेदन अनुकूल सोनोकेमिकल प्रभाव पैदा करता है, जो ट्रांसस्टेरिफिकेशन की उत्प्रेरक प्रतिक्रिया को काफी तेज करता है। इसके अतिरिक्त, सोनिकेशन संश्लेषित पॉलीओल्स की उपज को बढ़ाता है क्योंकि ध्वनिक गुहिकायन की तीव्र मिश्रण ऊर्जा बड़े पैमाने पर हस्तांतरण सीमा पर काबू पाती है। अल्ट्रासोनिक ट्रांसस्टेरिफिकेशन प्रतिक्रियाओं को पारंपरिक ट्रांसस्टेरिफिकेशन प्रतिक्रियाओं के रूप में कम शराब और उत्प्रेरक के साथ कुशलता से चलाने के लिए जाना जाता है। यह अल्ट्रासोनिकेशन द्वारा एक बेहतर समग्र दक्षता की ओर जाता है।
एक पेंटाइरेथ्रिटोल एस्टर-आधारित बायोलुब्रिकेंट का अल्ट्रासोनिक संश्लेषण
पेंटाइरेथ्रिटोल एस्टर को रेपसीड तेल से दो-चरण सोनोकेमिकल प्रक्रिया के माध्यम से कुशलता से संश्लेषित किया जा सकता है जैसा कि अरुमुगम की शोध टीम द्वारा प्रदर्शित किया गया है। अपने अनुकूलन अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर UP400St (चित्र बाईं ओर देखें) का उपयोग किया। पहले सोनोकेमिकल रूप से प्रचारित ट्रांसस्टेरिफिकेशन में, रेपसीड तेल को मेथनॉल के साथ मिथाइल एस्टर में प्रतिक्रिया दी जाती है। दूसरे ट्रांसस्टेरिफिकेशन चरण में, मिथाइल एस्टर xylene और पेंटाइरेथ्रिटोल एस्टर के उत्प्रेरक के साथ प्रतिक्रिया करता है। शोधकर्ता ने अल्ट्रासाउंड के तहत पेंटाइरेथ्रिटोल एस्टर संश्लेषण की उपज और समग्र दक्षता को बढ़ाने के लिए अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया मापदंडों के अनुकूलन पर ध्यान केंद्रित किया। पेंटाइरेथ्रिटोल एस्टर के 81.4% की बेहतर उपज 15 एस की अल्ट्रासोनिक पल्ली, 60% के अल्ट्रासोनिक आयाम, 1.5 wt% की उत्प्रेरक एकाग्रता और 100 डिग्री सेल्सियस की प्रतिक्रिया तापमान के साथ पूरी की गई थी। गुणवत्ता नियंत्रण के लिए, सोनोकेमिकल रूप से संश्लेषित पेंटाइरेथ्रिटोल एस्टर की तुलना सिंथेटिक ग्रेड कंप्रेसर तेल से की गई थी। अंत में, अध्ययन से पता चलता है कि अल्ट्रासोनिक रूप से प्रचारित क्रमिक ट्रांसस्टेरिफिकेशन प्रक्रिया पेंटाइरेथ्रिटोल एस्टर-आधारित बायोलुब्रिकेंट के संश्लेषण के लिए पारंपरिक क्रमिक ट्रांसस्टेरिफिकेशन प्रक्रिया को बदलने के लिए एक कुशल तरीका है। अल्ट्रासोनिक ट्रांसस्टेरिफिकेशन प्रक्रिया के प्रमुख लाभ पेंटाइरेथ्रिटोल एस्टर की पैदावार में वृद्धि, एक छोटा प्रतिक्रिया समय और काफी कम प्रतिक्रिया तापमान हैं। (सीएफ. अरुमुगम एट अल., 2019)
अल्ट्रासोनिक रूप से पेंटाइरेथ्रिटोल एस्टर में रेपसीड तेल के दो-चरण ट्रांसस्टेरिफिकेशन को तेज किया।
(अरुमुगम एट अल., 2019 से अनुकूलित)
अल्ट्रासोनिक संश्लेषण के माध्यम से पेंटानल-व्युत्पन्न एसीटल एस्टर
कुर्नियावान की शोध टीम ने हरी रसायन विज्ञान के सिद्धांतों को नियोजित करते हुए सोनोकेमिकल विधि के माध्यम से तीन पेंटानल-व्युत्पन्न एसिटल एस्टर को संश्लेषित किया। सोनिकेशन का उपयोग दो रासायनिक चरणों को बढ़ावा देने के लिए किया गया था:
- 9,10-dihydroxyoctadecanoic एसिड का एस्टरीफिकेशन
- एल्काइल 9,10-डायहाइड्रोक्सीऑक्टेडेकोनेट का एसीटालिज़ेशन
एल्काइल 9,10- डायहाइड्रॉक्सीस्टियरेट के एस्टर का उत्पादन करने के लिए दो चरणों की आवश्यकता होती है और 67-85% की पैदावार प्राप्त की जाती है। दक्षता मूल्यांकन के लिए, सोनोकेमिकल विधि की तुलना पारंपरिक भाटा तकनीक से की गई थी। इसके अलावा, सजातीय और ठोस एसिड उत्प्रेरक, अर्थात् सल्फ्यूरिक एसिड (H2SO4), प्राकृतिक बेंटोनाइट और एच-बेंटोनाइट, का उपयोग विभिन्न उत्प्रेरकों के प्रभाव और दक्षता को निर्धारित करने के लिए किया गया था। यह पाया गया कि एच-बेंटोनाइट द्वारा उत्प्रेरित एसिड-उत्प्रेरित के सोनोकेमिकल एस्टरीफिकेशन ने रिफ्लक्स विधि की तुलना में 3 गुना कम प्रतिक्रिया समय में 70% तक उपज में उत्पाद दिए, जो उल्लेखनीय है। अल्ट्रासोनिकेशन का उपयोग करके एच-बेंटोनाइट की उपस्थिति में एन-पेंटानल के साथ अंतिम एसीटलाइजेशन कदम ने 69-85% पैदावार में तीन पेंटानल-व्युत्पन्न डाइऑक्सोलेन डेरिवेटिव को वहन किया, जो पारंपरिक विधि से अधिक हैं। भाटा विधि को सोनोकेमिकल विधि की तुलना में लंबे समय तक प्रतिक्रिया समय की आवश्यकता होती है क्योंकि अल्ट्रासोनिक संश्लेषण के लिए केवल 10-30 मिनट की आवश्यकता होती है। सोनिकेशन के तहत काफी कम प्रतिक्रिया समय के अतिरिक्त, सोनोकेमिकल विधि का उपयोग करके प्रत्येक एस्टर की एक उल्लेखनीय उपज प्राप्त की गई थी।
शोधकर्ता ने यह भी गणना की कि सोनोकेमिकल प्रतिक्रिया की ऊर्जा आवश्यकताएं पारंपरिक विधि की तुलना में लगभग 62 गुना कम हैं। यह लागत कम करता है और पर्यावरण के अनुकूल है।
प्रत्येक उत्पाद के भौतिक रासायनिक गुणों की जांच से पता चला कि मिथाइल 8- (2-ब्यूटाइल-5-ऑक्टाइल-1,3-डाइऑक्सोलन-4-वाईएल) ऑक्टानोएट एक संभावित उपन्यास बायोलुब्रिकेंट है जिसमें आम स्नेहक को प्रतिस्थापित करने के लिए कार्यक्षमता है। (सीएफ. कुर्नियावान एट अल., 2021)
सोनोकेमिकल प्रक्रियाओं के लिए 4x 2000 वाट जांच (8kW) के साथ अल्ट्रासोनिक रिएक्टर।
Transesterification of Pentaerythryl Esters using Ultrasound
पेंटाइरेथ्रिल एस्टर वनस्पति तेलों जैसे सूरजमुखी, अलसी और जेट्रोफा तेल से प्राप्त किया जा सकता है। हाशम की शोध टीम ने दो ट्रांसस्टेरिफिकेशन चरणों को शामिल करते हुए क्रमिक आधार-उत्प्रेरित ट्रांसएस्टरीफिकेशन के माध्यम से बायोबैज्ड स्नेहक के संश्लेषण का प्रदर्शन किया। उन्होंने सूरजमुखी, अलसी और जेट्रोफा तेल का उपयोग करके संश्लेषण की व्यवहार्यता का प्रदर्शन किया। पहले चरण में, तेलों को संबंधित मिथाइल एस्टर में परिवर्तित किया गया था। दूसरी प्रक्रिया में, मिथाइल एस्टर को पेंटाइरेथ्रिटोल की कार्रवाई द्वारा पेंटाइरेथ्रिल एस्टर में परिवर्तित किया गया था जैसा कि निम्नलिखित योजना में दिखाया गया है: (सीएफ हैशम एट अल।
मिथाइल एस्टर में वनस्पति तेल के ट्रांसस्टेरिफिकेशन के बाद, मिथाइल एस्टर को पेंटाइरेथ्रिटोल की कार्रवाई द्वारा पेंटाइरेथ्रिल एस्टर में परिवर्तित किया जाता है जैसा कि ऊपर योजना में दिखाया गया है। , 2013)
ट्रांसस्टेरिफिकेशन पर अल्ट्रासोनिकेशन के प्रभाव को बढ़ाने वाली महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया वैज्ञानिक रूप से सिद्ध है और पहले से ही दशकों से औद्योगिक रूप से अपनाई गई है। अल्ट्रासोनिक रूप से बेहतर ट्रांसस्टेरिफिकेशन के लिए सबसे प्रमुख उदाहरण फैटी एसिड मिथाइल एस्टर (फेम) में तेल और वसा का रूपांतरण है, जिसे बायोडीजल के रूप में जाना जाता है।
बायोडीजल में (अपशिष्ट) तेलों और वसा के अल्ट्रासाउंड-असिस्टेड ट्रांसस्टेरिफिकेशन के बारे में और पढ़ें!
अल्ट्रासोनिक जांच और ट्रांसस्टेरिफिकेशन और अन्य रासायनिक संश्लेषण के लिए रिएक्टर
Hielscher Ultrasonics अपने विशेषज्ञ है जब यह सोनोकेमिकल प्रतिक्रियाओं के लिए परिष्कृत उच्च प्रदर्शन ultrasonicators के लिए आता है। Hielscher डिजाइन, निर्माण, और इस तरह के जांच के रूप में उच्च शक्ति ultrasonicators और सहायक उपकरण वितरित (sonotrodes), रिएक्टरों, और किसी भी आकार में कोशिकाओं और आपूर्ति रासायनिक प्रयोगशालाओं के साथ ही औद्योगिक पैमाने पर रासायनिक उत्पादन सुविधाओं. कॉम्पैक्ट लैब अल्ट्रासोनिक उपकरणों से लेकर औद्योगिक अल्ट्रासोनिक जांच और रिएक्टरों तक, Hielscher में आपकी प्रक्रिया के लिए आदर्श अल्ट्रासोनिक प्रणाली है। सोनो-कटैलिसीस और सोनो-सिंथेसिस जैसे अनुप्रयोगों में लंबे समय के अनुभव के साथ, हमारे अच्छी तरह से प्रशिक्षित कर्मचारी आपको अपनी आवश्यकताओं के लिए सबसे उपयुक्त सेटअप की सिफारिश करेंगे।
Hielscher Ultrasonics बहुत उच्च मजबूती के उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक सिस्टम बनाती है और तीव्र अल्ट्रासाउंड तरंगों को वितरित करने में सक्षम है क्योंकि सभी Hielscher औद्योगिक अल्ट्रासोनिकेटर निरंतर संचालन (24/7) में बहुत अधिक आयाम प्रदान कर सकते हैं। मजबूत अल्ट्रासाउंड सिस्टम को लगभग कोई रखरखाव की आवश्यकता नहीं होती है और इसे चलाने के लिए बनाया जाता है। यह मांग की स्थिति के तहत भारी शुल्क अनुप्रयोगों के लिए Hielscher अल्ट्रासोनिक उपकरण विश्वसनीय बनाता है। उच्च तापमान या बहुत कठोर रसायन के लिए विशेष सोनोट्रोड भी उपलब्ध हैं।
उच्चतम गुणवत्ता – जर्मनी में डिजाइन और निर्मित: सभी उपकरण जर्मनी में हमारे मुख्यालय में डिजाइन और निर्मित किए गए हैं। ग्राहक को डिलीवरी से पहले, प्रत्येक अल्ट्रासोनिक डिवाइस को पूर्ण भार के तहत सावधानीपूर्वक परीक्षण किया जाता है। हम ग्राहकों की संतुष्टि के लिए प्रयास करते हैं और हमारा उत्पादन उच्चतम गुणवत्ता आश्वासन (जैसे, आईएसओ प्रमाणन) को पूरा करने के लिए संरचित है।
नीचे दी गई तालिका आपको हमारे अल्ट्रासोनिकेटर की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:
| बैच वॉल्यूम | प्रवाह दर | अनुशंसित उपकरण |
|---|---|---|
| 1 से 500mL | 10 से 200mL/मिनट | यूपी100एच |
| 10 से 2000mL | 20 से 400mL/मिनट | यूपी200एचटी, UP400St |
| 0.1 से 20L | 0.2 से 4L/मिनट | यूआईपी2000एचडीटी |
| 10 से 100L | 2 से 10 लीटर/मिनट | यूआईपी4000एचडीटी |
| एन.ए. | 10 से 100 लीटर/मिनट | UIP16000 |
| एन.ए. | बड़ा | का क्लस्टर UIP16000 |
हमसे संपर्क करें! हमसे पूछो!
Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला, पायलट और औद्योगिक पैमाने पर अनुप्रयोगों, फैलाव, पायसीकरण और निष्कर्षण के मिश्रण के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक homogenizers बनाती है।
साहित्य/सन्दर्भ
- 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
जानने के योग्य तथ्य
What is a Polyol-Ester?
A polyol-ester is an ester produced by reacting a polyol, which is an alcohol containing two or more hydroxyl groups, with one or more carboxylic acids. In lubricant chemistry, polyol-esters are important synthetic ester base fluids because their branched molecular structure provides high lubricity, good viscosity-temperature behavior, low volatility, and excellent thermal and oxidative stability.
What are Polyols Used for?
Polyols are used as chemical building blocks in the production of polyurethanes, polyesters, alkyd resins, synthetic lubricants, plasticizers, surfactants, coatings, adhesives, and elastomers. In lubricant production, polyols such as trimethylolpropane, neopentyl glycol, and pentaerythritol are esterified with fatty acids to produce high-performance polyol-ester base oils. In food applications, some polyols are used as low-calorie sweeteners, humectants, and texture-modifying ingredients.
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What is the Difference between Polyols in Food Science and Polymer Chemistry?
In food science, polyols usually refer to sugar alcohols such as sorbitol, xylitol, maltitol, erythritol, and mannitol, which are used as sweeteners, humectants, and bulking agents. In polymer chemistry, polyols refer more broadly to multifunctional alcohols or hydroxyl-terminated molecules that react with acids, isocyanates, or other functional groups to form polymers, resins, foams, elastomers, and synthetic esters. The term is chemically related in both fields, but the application context is different: food polyols are mainly functional ingredients, while industrial polyols are reactive chemical intermediates.
What are the Pathways of Polyol Synthesis?
प्राकृतिक तेल पॉलीओल्स (संक्षिप्त एनओपी) या बायोपोलोल, वनस्पति तेलों से प्राप्त पॉलीओल्स हैं। बायोपोलिओल्स को संश्लेषित करने के लिए कई अलग-अलग रासायनिक मार्ग उपलब्ध हैं। बायोपोलोल्स मुख्य रूप से पॉलीयुरेथेन के उत्पादन के लिए कच्चे माल के रूप में उपयोग किए जाते हैं, लेकिन स्नेहक, इलास्टोमर्स, चिपकने वाले, कृत्रिम चमड़े और कोटिंग्स जैसे अन्य उत्पादों के निर्माण में भी जाते हैं।
वनस्पति तेलों से पॉलीओल्स संश्लेषण के संबंध में विभिन्न प्रतिक्रिया विधियां जैसे कि एपॉक्सिडेशन, ट्रांसमिडाइजेशन और ट्रांसस्टेरिफिकेशन उपलब्ध हैं। उदाहरण के लिए, रेपसीड तेल आधारित पॉलीओल को फैटी एसिड चेन में डबल बॉन्ड के आंशिक एपोक्सिडेशन द्वारा संश्लेषित किया जा सकता है और डायथिलीन ग्लाइकोल का उपयोग करके समग्र रूप से ऑक्सीराइन के छल्ले खोल सकते हैं। वनस्पति ट्राइग्लिसराइड्स के एस्टर बॉन्ड के ट्रांसमिडाइजेशन और ट्रांसस्टेरिफिकेशन को क्रमशः डायथेनॉलमाइन और ट्राइथेनॉलमाइन का उपयोग करके चलाया जा सकता है।
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