साबुनीकरण – अल्ट्रासोनिक्स से साबुन बनाने की प्रक्रिया

साबुनीकरण साबुन बनाने की रासायनिक प्रक्रिया है। इस अभिक्रिया में कच्चे माल के रूप में प्रयुक्त वसा या तेल (ट्राइग्लिसराइड) किसी क्षारीय अभिकारक के साथ अभिक्रिया करके साबुन बनाते हैं। अल्ट्रासोनिकेशन प्रावस्था अंतरण उत्प्रेरण को बेहतर बनाता है, जिससे अभिक्रिया की गति बढ़ती है, रूपांतरण अधिक पूर्ण होता है और पोटैशियम हाइड्रॉक्साइड (KOH) या सोडियम हाइड्रॉक्साइड (NaOH) जैसे क्षार अभिकर्मकों के अत्यधिक उपयोग से बचा जा सकता है। अल्ट्रासोनिक विधि से आरंभ किए गए क्षारीय जल-अपघटन को व्यावसायिक साबुन निर्माण में आसानी से लागू किया जा सकता है। साबुनीकरण के लिए अल्ट्रासोनिक रिएक्टर किसी भी उत्प्रेरक का उपयोग किए बिना या प्रयुक्त उत्प्रेरक की मात्रा कम करके कम समय में अधिक उत्पादन करते हैं।

अल्ट्रासोनिक विधि से संवर्धित साबुनीकरण

अल्ट्रासोनिक साबुनीकरण के केस अध्ययन

विभिन्न शोध अध्ययनों ने दिखाया है कि सोनिकेशन ट्राइग्लिसराइड के साबुनीकरण से साबुन बनने को बढ़ावा देता है। अल्ट्रासोनिक साबुनीकरण उत्प्रेरक का उपयोग कम करते हुए या उससे बचते हुए रूपांतरण को तेज़ करता है और उसकी मात्रा बढ़ाता है। इससे अल्ट्रासोनिक साबुनीकरण एक अत्यधिक कुशल उत्पादन विधि बन जाता है।

प्रावस्था उत्प्रेरक के बिना ट्राइग्लिसराइड के क्षारीय जल-अपघटन (साबुनीकरण) का अल्ट्रासोनिक आरंभ

Mercantili et al. (2013) ने ट्राइग्लिसराइड के क्षारीय जल-अपघटन, जिसे साबुनीकरण कहा जाता है, पर अल्ट्रासोनिकेशन के प्रभावों का अध्ययन किया। उन्होंने सूरजमुखी के तेल का क्षारीय जल-अपघटन आरंभ करने के लिए सोनिकेशन का उपयोग किया। पोटैशियम हाइड्रॉक्साइड (KOH) को क्षार के रूप में उपयोग किया गया। यह दिखाया गया कि अभिक्रिया को आरंभ करने और चलाने के लिए ऊर्जा स्रोत के रूप में अल्ट्रासाउंड प्रभावी है, परिवेश के तापमान पर काम करते हुए कुल ऊर्जा अनुप्रयोग के केवल 15 min में उच्च अभिक्रिया उपज प्राप्त की जा सकती है, और अभिक्रिया के दौरान कोई पता लगाने योग्य उपोत्पाद नहीं बनते हैं। अल्ट्रासोनिक बाथ और प्रोब-प्रकार के अल्ट्रासोनिकेटर की तुलना से पता चलता है कि अल्ट्रासोनिक प्रोब बेहतर तकनीक है। अध्ययन दर्शाता है कि अल्ट्रासोनिक साबुनीकरण से अतिरिक्त क्षार या प्रावस्था अंतरण उत्प्रेरण की आवश्यकता के बिना अच्छा रूपांतरण प्राप्त होता है।

ट्राइएसिलग्लिसरॉल का क्षारीय जल-अपघटन

साबुनीकरण के लिए अल्ट्रासोनिक विधि से संवर्धित प्रावस्था अंतरण अभिक्रिया

Bhatkhande et al. (1998) ने दिखाया कि सोनिकेशन के अंतर्गत सोयाबीन के तेल जैसे वनस्पति तेलों का कमरे के तापमान पर जलीय KOH और विभिन्न PTCs का उपयोग करके कुशलतापूर्वक साबुनीकरण किया जा सकता है। साबुनीकरण मान को संदर्भ के रूप में उपयोग करके साबुनीकरण की मात्रा का अध्ययन किया गया। सोनिकेशन और हिलाने की विधि का उपयोग करके समय, प्रावस्था अंतरण उत्प्रेरकों का चयन, प्रयुक्त उत्प्रेरक की मात्रा, KOH की मात्रा और पानी की मात्रा जैसे विभिन्न मापदंडों का अनुकूलन किया गया। अल्ट्रासाउंड के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए साबुनीकरण 35ºC पर विभिन्न परिस्थितियों में भी किया गया, अर्थात् हिलाना, सोनिकेशन, हिलाना और सोनिकेशन, तथा 100ºC पर गर्म करना। यह पाया गया कि जलीय KOH/CTAB का उपयोग करके विभिन्न वनस्पति तेलों का विषमांगी द्रव-द्रव प्रावस्था साबुनीकरण 35ºC पर सोनिकेशन और हिलाने के अंतर्गत उल्लेखनीय रूप से तेज़ हुआ।

उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिकेटर

Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला, पायलट और औद्योगिक उत्पादन के लिए उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक उपकरण प्रदान करता है। मज़बूत और विश्वसनीय अल्ट्रासोनिकेटर साबुनीकरण जैसी विभिन्न सोनोकेमिकल अभिक्रियाओं के लिए उपयोग किए जाते हैं। Hielscher के प्रोब-प्रकार के अल्ट्रासोनिकेटर बैच और इनलाइन मोड में उपयोग किए जा सकते हैं। सभी महत्वपूर्ण प्रक्रिया मापदंडों – आयाम, दाब, तापमान – को सटीक रूप से नियंत्रित किया जा सकता है और ये पुनरुत्पादनीय परिणाम सुनिश्चित करते हैं।
डिजिटल नियंत्रण प्रक्रिया के मापदंडों को स्वचालित रूप से रिकॉर्ड करता है और उन्हें एकीकृत SD-कार्ड पर संग्रहीत करता है। पूर्व-सेटिंग और दूरस्थ ब्राउज़र नियंत्रण सोनिकेशन प्रक्रिया को बहुत सरल और उपयोगकर्ता-अनुकूल बनाते हैं।
कई ध्वनिरासायनिक अभिक्रियाओं के लिए एक निश्चित तापमान बनाए रखना आवश्यक होता है, इसलिए तापमान नियंत्रण महत्वपूर्ण है। Hielscher के डिजिटल अल्ट्रासोनिकेटर थर्मोकपल और तापमान नियंत्रण के साथ आते हैं। जैकेटयुक्त प्रवाह सेल ऊष्मा के अपव्यय की सुविधा देता है।
Hielscher के अल्ट्रासोनिक उपकरणों की मजबूती भारी कार्यभार और चुनौतीपूर्ण परिवेश में 24/7 संचालन संभव बनाती है।
नीचे दी गई तालिका हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:

• Bhatkhande, B.S.; Samant, Shriniwas D. (1998): Ultrasound assisted PTC catalyzed saponification of vegetable oils using aqueous alkali. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 5, Issue 1, 1998. 7-12.
• Mercantili, Laura; Séamus, Frank Davis; Higson, P. J. (2014): Ultrasonic Initiation of the Alkaline Hydrolysis of Triglycerides (Saponification) Without Phase Catalysis. Journal of Surfactant and Detergents Vol. 17, Isssue 1, Jan 2014. 133-141.

जानने योग्य तथ्य

ध्वनिरसायन

अभिक्रिया आरंभ करने और उसे तीव्र करने के लिए संश्लेषण और उत्प्रेरण जैसी रासायनिक प्रक्रियाओं में उच्च-शक्ति वाले अल्ट्रासाउंड का उपयोग किया जाता है (इन्हें क्रमशः सोनो-संश्लेषण और सोनो-उत्प्रेरण भी कहा जाता है)। कार्बनिक संश्लेषण में अल्ट्रासोनिक विकिरण के विभिन्न अनुप्रयोगों का गहन अध्ययन किया गया है और उन्हें औद्योगिक उत्पादन के लिए विकसित किया गया है। ध्वनिरासायनिक उपचार काफी अधिक सौम्य परिस्थितियों में अभिक्रिया की दर, वांछित उत्पादों की उपज और उनके प्रति चयनात्मकता बढ़ा सकते हैं। इससे अल्ट्रासोनिक उपचार एक प्रभावी और पर्यावरण-अनुकूल प्रसंस्करण तकनीक बन जाता है। अल्ट्रासोनिक सहायता प्राप्त प्रावस्था स्थानांतरण उत्प्रेरण (PTC) कार्बनिक अभिक्रियाओं के लिए अल्ट्रासाउंड के बिना होने वाली उसी अभिक्रिया की तुलना में कहीं अधिक दक्ष और प्रभावी विधि सिद्ध हुआ है। उदाहरण के लिए, अल्ट्रासोनिक सहायता प्राप्त प्रावस्था स्थानांतरण उत्प्रेरण से उत्प्रेरित Cannizarro अभिक्रिया की गति काफी बढ़ जाती है, जिससे तेजी से रूपांतरण होता है। एक अन्य प्रमुख उदाहरण उत्प्रेरक के रूप में KOH और उच्च-शक्ति वाले अल्ट्रासाउंड की उपस्थिति में ट्राइग्लिसराइडों (अर्थात वनस्पति तेलों, पशु वसाओं) और मेथनॉल का ट्रांसएस्टरीकरण है। अल्ट्रासोनिक ट्रांसएस्टरीकरण में तीव्र रूपांतरण और अत्यंत दक्ष, किफायती प्रक्रिया के माध्यम से उच्च गुणवत्ता वाला बायोडीजल बनता है।

अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण ध्वनिक कैविटेशन और उससे उत्पन्न द्रवगतिकीय अपरूपण बलों पर आधारित है

साबुनीकरण

साबुनीकरण उस रासायनिक अभिक्रिया को कहते हैं जिससे साबुन बनता है। साबुनीकरण प्रक्रिया में वनस्पति तेल या पशु वसा, वसीय अम्लों के लवणों – यानी “साबुन” – और ग्लिसरॉल में परिवर्तित होते हैं; ग्लिसरॉल एक अल्कोहल है। अभिक्रिया आरंभ करने के लिए पानी में किसी क्षारक (जैसे NaOH या KOH) का विलयन और ऊष्मा भी आवश्यक होती है।
साबुनीकरण की अभिक्रिया के चरण निम्नलिखित हैं:

1. हाइड्रॉक्साइड द्वारा वसीय अम्ल एस्टरों पर नाभिकस्नेही आक्रमण
2. त्यागी समूह का निष्कासन
3. विप्रोटोनीकरण

साबुनीकरण अभिक्रिया का व्यावसायिक उपयोग साबुन और स्नेहक बनाने के लिए किया जाता है।
जहाँ सोडियम हाइड्रॉक्साइड से बने कठोर साबुन और पोटैशियम हाइड्रॉक्साइड से बने मृदु साबुन का उपयोग रोजमर्रा की सफाई के लिए होता है, वहीं अन्य धातु हाइड्रॉक्साइडों का उपयोग करके विशेष साबुन भी बनाए जाते हैं। उदाहरण के लिए, लिथियम साबुन और कैल्शियम साबुन का उपयोग स्नेहक ग्रीस के रूप में किया जाता है। धात्विक साबुनों के मिश्रण से बने “संकुल साबुन” भी होते हैं।

जल-अपघटन

जल-अपघटन में किसी कार्बनिक रसायन की जल के साथ अभिक्रिया से दो या अधिक नए पदार्थ बनते हैं और इसका सामान्य अर्थ जल मिलाने से रासायनिक बंधों का टूटना है। जल और किसी क्षार के साथ अभिक्रिया द्वारा एस्टरों को तोड़कर पुनः कार्बोक्सिलिक अम्ल और ऐल्कोहॉल में बदला जा सकता है। वसा या तेल के एस्टरों के जल-अपघटन से साबुन बनता है।

क्षारीय क्षार

तेलों और वसाओं के साबुनीकरण के लिए क्षारीय अभिकारकों (लाइ) की आवश्यकता होती है। ग्लिसरॉल और वसीय अम्ल का लवण, जिसे “साबुन” कहा जाता है, बनाने के लिए ट्राइग्लिसराइडों की अभिक्रिया किसी क्षार – सोडियम या पोटैशियम हाइड्रॉक्साइड – के साथ कराई जाती है। पोटैशियम हाइड्रॉक्साइड एक अकार्बनिक यौगिक है जिसका सूत्र KOH है, और इसे सामान्यतः कास्टिक पोटाश कहा जाता है। सोडियम हाइड्रॉक्साइड (NaOH) एक अन्य प्ररूपी प्रबल क्षार है। सोडियम हाइड्रॉक्साइड का उपयोग करने पर कठोर साबुन बनता है, जबकि पोटैशियम हाइड्रॉक्साइड के उपयोग से मुलायम साबुन बनता है।

अभिकारक बनाम अभिकर्मक

अभिकारक वह पदार्थ है जो किसी रासायनिक अभिक्रिया में उपयोग होकर समाप्त हो जाता है या खप जाता है। अभिकर्मक की तुलना में अभिकारक की आवश्यकता अधिक मात्रा में होती है। अभिकर्मक वह पदार्थ है जिसका उपयोग अभिक्रिया आरंभ करने और उसे आगे बढ़ाने में सहायता के लिए किया जाता है तथा जो अभिक्रिया में खप जाता है, जबकि उत्प्रेरक अभिक्रिया में नहीं खपते हैं।

साबुनीकरण – अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

• साबुनीकरण प्रक्रिया क्या है? साबुनीकरण वह रासायनिक प्रक्रिया है जिसमें वसा या तेल किसी क्षार (आमतौर पर सोडियम हाइड्रॉक्साइड) के साथ अभिक्रिया करके साबुन और ग्लिसरॉल बनाते हैं। इस अभिक्रिया में ट्राइग्लिसराइडों का जल-अपघटन होकर वसीय अम्लों के लवण और ग्लिसरॉल बनते हैं।
• साबुनीकरण किस प्रकार की अभिक्रिया है? साबुनीकरण एक प्रकार की जल-अपघटन अभिक्रिया है जिसमें वसा या तेलों के एस्टर बंध किसी क्षार द्वारा तोड़े जाते हैं।
• इसे साबुनीकरण क्यों कहा जाता है? इसका नाम इसके अंतिम उत्पाद, साबुन, और ट्राइग्लिसराइडों के एस्टर बंधों के जल-अपघटन से साबुन बनाने की इसकी क्षमता के आधार पर रखा गया है।
• साबुनीकरण का उद्देश्य क्या है? इसका मुख्य उद्देश्य साबुन बनाना है, जो सफाई और धुलाई के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला एक पृष्ठसक्रिय पदार्थ है।
• क्या साबुनीकरण जल-अपघटन है? हाँ, साबुनीकरण एक विशिष्ट प्रकार का जल-अपघटन है जिसमें किसी क्षार द्वारा वसा या तेलों का विघटन होकर ग्लिसरॉल और वसीय अम्लों के लवण (साबुन) बनते हैं।
• साबुनीकरण की अभिक्रिया क्रियाविधि क्या है? इसमें हाइड्रॉक्साइड आयन ट्राइग्लिसराइडों के एस्टर बंध के कार्बोनिल कार्बन पर नाभिकस्नेही आक्रमण करते हैं, जिससे ऐल्कोहॉल (ग्लिसरॉल) और साबुन बनते हैं।
• साबुनीकरण के लिए मिश्रण करना क्यों महत्वपूर्ण है? कुशल मिश्रण अभिकारकों के बीच पूर्ण संपर्क सुनिश्चित करता है, जिससे अभिक्रिया अधिक पूर्ण और एकसमान होती है, जो इष्टतम उत्पाद प्राप्ति के लिए अत्यंत आवश्यक है। Hielscher अल्ट्रासोनिक मिक्सर तीव्र कैविटेशन और अपरूपण बलों के माध्यम से इस प्रक्रिया को बेहतर बना सकते हैं।
• साबुनीकरण का एक उदाहरण क्या है? Hielscher अल्ट्रासोनिक रिएक्टर की उपस्थिति में सोडियम हाइड्रॉक्साइड को नारियल तेल के साथ मिलाकर साबुन और ग्लिसरॉल बनाना साबुनीकरण का एक उदाहरण है।
• साबुनीकरण का मुख्य उत्पाद क्या है? मुख्य उत्पाद साबुन (वसीय अम्लों के सोडियम या पोटैशियम लवण) और ग्लिसरॉल हैं।
• साबुनीकरण मान क्यों महत्वपूर्ण है? साबुनीकरण मान वसा या तेल की किसी दी गई मात्रा का साबुनीकरण करने के लिए आवश्यक क्षार की मात्रा दर्शाता है, जिससे उसमें मौजूद वसीय अम्लों का आणविक भार निर्धारित करने में सहायता मिलती है।
• क्या साबुनीकरण उत्क्रमणीय है? सामान्य परिस्थितियों में, बनने वाले साबुन की स्थिर प्रकृति के कारण साबुनीकरण उत्क्रमणीय नहीं होता है।
• साबुनीकरण की विपरीत प्रक्रिया क्या है? एस्टरीकरण इसकी विपरीत प्रक्रिया है, जिसमें जल और ऐल्कोहॉल कार्बोक्सिलिक अम्लों के साथ अभिक्रिया करके एस्टर और जल बनाते हैं।
• क्या साबुनीकरण के लिए ऊष्मा आवश्यक है? हालाँकि ऊष्मा आवश्यक नहीं है, फिर भी यह आणविक गति और अभिक्रिया की गति बढ़ाकर साबुनीकरण प्रक्रिया को तेज कर सकती है।
• साबुनीकरण ऊष्माक्षेपी है या ऊष्माशोषी? साबुनीकरण एक ऊष्माक्षेपी अभिक्रिया है, जो आगे बढ़ने के साथ ऊष्मा मुक्त करती है।
• साबुनीकरण क्षारीय है या अम्लीय? यह एक क्षारीय अभिक्रिया है, क्योंकि इसमें किसी एस्टर (वसा/तेल) पर क्षार की क्रिया होती है।
• साबुनीकरण को कैसे रोकते हैं? क्षार को उदासीन करने के लिए अम्ल मिलाने से अभिक्रिया रुक जाती है, जिससे साबुनीकरण प्रक्रिया प्रभावी रूप से समाप्त हो जाती है।
• साबुनीकरण के बाद क्या होता है? अभिक्रिया पूरी होने के बाद, मिश्रण में आमतौर पर साबुन और ग्लिसरॉल होते हैं, जिन्हें इच्छित उपयोग के आधार पर शुद्ध किया जा सकता है या आगे संसाधित किया जा सकता है।
• क्या साबुनीकरण प्राकृतिक है? हाँ, प्राकृतिक साबुनीकरण तब हो सकता है जब कुछ भूवैज्ञानिक परिस्थितियों में वसा क्षारीय मृदा धातुओं के संपर्क में आती है, या जब प्राचीन लोग साबुन बनाने की पारंपरिक विधियों में पशु वसा को राख के साथ मिलाते थे।
• साबुनीकरण में जैतून के तेल का उपयोग क्यों किया जाता है? साबुनीकरण में जैतून के तेल को प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि इसमें ओलिक अम्ल प्रचुर मात्रा में होता है, जिससे अच्छा सफाई प्रभाव और स्थिर झाग वाला सौम्य, नमी प्रदान करने वाला साबुन बनता है।
• वसा को साबुन में कैसे बदलें? वसा को प्रबल क्षार के घोल, आमतौर पर सोडियम हाइड्रॉक्साइड, के साथ गर्म करके साबुनीकरण के माध्यम से साबुन में बदला जाता है। यह वसा को वसीय अम्लों के लवणों (साबुन) और ग्लिसरॉल में विघटित करता है।
• किस तेल का साबुनीकरण मान उच्च होता है? नारियल के तेल का साबुनीकरण मान उच्च होता है, जो छोटे वसीय अम्ल अणुओं के अधिक अनुपात का संकेत देता है और इसे साबुन बनाने के लिए क्षार के साथ अत्यधिक अभिक्रियाशील बनाता है।
• साबुनीकरण के दौरान तेलों का क्या होता है? साबुनीकरण के दौरान, क्षार द्वारा तेलों का जल-अपघटन होकर ग्लिसरॉल और वसीय अम्लों के लवण बनते हैं; इन लवणों से साबुन बनता है।
• साबुन के लिए सबसे अच्छी वसा कौन-सी है? टैलो (गोवंशीय वसा) और नारियल के तेल को साबुन बनाने के लिए सर्वोत्तम वसाओं में गिना जाता है, क्योंकि ये अंतिम साबुन उत्पाद में झाग बनने और कठोरता आने के गुण प्रदान करते हैं।
• क्षार घोल के बिना तेलों का साबुनीकरण कैसे करें? पारंपरिक साबुन निर्माण में क्षार घोल के बिना तेलों का साबुनीकरण संभव नहीं है; हालाँकि, क्षार घोल आधारित साबुनीकरण के बजाय पृष्ठसक्रियकों और पायसीकारकों का उपयोग करके साबुन जैसे सफाई उत्पाद बनाए जा सकते हैं।