Polioli su sintetički esteri proizvedeni uglavnom transesterifikacijom triglicerida iz biljnih ulja ili životinjskih masti. Ovi polioli su sirovina za proizvodnju poliuretana, biolubrikanta i drugih cemika. Ultrasonication se koristi za poboljšanje transesterifikacijskih reakcija primjenom intenzivnih sila smicanja i toplinske energije. Ultrazvuk i njegovi sonokemijski učinci opskrbljuju reakciju energijom i pomažu u prevladavanju ograničenja prijenosa mase. Time ultrazvukom značajno poboljšava brzinu transesterifikacije, prinos i ukupnu učinkovitost.

Ultrazvučno potpomognuta transesterifikacija

Reakcije transesterifikacije jedan su od najvažnijih sintetskih putova i široko se koriste kao učinkovita tehnika pretvaranja biljnih ulja u zamjene za naftne derivate. Sono-sinteza (također sonokemijska sinteza, koja je kemijska sinteza promovirana ultrazvukom visokih performansi), poznata je po blagotvornim učincima na transesterifikaciju, kao i drugim kemijskim procesima.

Održiva sinteza poliola iz biljnih ulja pomoću ultrazvuka

Biljne masne kiseline, odnosno biljna ulja, široko su dostupna i obnovljiva sirovina i mogu se koristiti za pripremu biobaziranih poliola i poliuretana. Primjena ultrazvuka snage stvara povoljne sonokemijske učinke, koji značajno ubrzavaju katalitičku reakciju transesterifikacije. Osim toga, ultrazvukom se povećava prinos sintetiziranih poliola jer intenzivna energija miješanja akustične kavitacije nadilazi ograničenje prijenosa mase. Poznato je da ultrazvučne transesterifikacijske reakcije rade učinkovito s nižim alkoholom i katalizatorom kao konvencionalne transesterifikacijske reakcije. To dovodi do poboljšane ukupne učinkovitosti ultrazvukom.

Ultrazvučna sinteza pentaerythritol Ester-based biolubricant

Pentaerythritol ester može se učinkovito sintetizirati iz uljane repice sonokemijskim procesom u dva koraka, što je pokazao istraživački tim Arumugama. U svojoj studiji optimizacije istraživači su koristili Hielscher ultrasonicator UP400St (vidi sliku lijevo). U prvoj sonokemijski promoviranoj transesterifikaciji, ulje uljane repice reagira se metanolom na metil ester. U drugom transesterifikacijskom koraku metil ester reagira ksilenom i katalizatorom na pentaerythritol ester. Istraživač se usredotočio na optimizaciju ultrazvučnih parametara procesa kako bi se povećao prinos i ukupna učinkovitost sinteze pentaerythritol estera pod ultrazvukom. Poboljšani prinos od 81,4% pentaerythritol estera postignut je ultrazvučnim pulsom od 15 s, ultrazvučnom amplitudom od 60%, koncentracijom katalizatora od 1,5 wt%i temperaturom reakcije od 100 ° C. Za kontrolu kvalitete, sonokemijski sintetizirani pentaerythritol ester uspoređen je sa sintetičkim kompresorskim uljem. Zaključno, studija sugerira da je ultrazvučno promovirani uzastopni proces transesterifikacije učinkovita metoda za zamjenu konvencionalnog uzastopnog procesa transesterifikacije za sintezu biolubrikanta na bazi pentaerythritola estera. Glavne prednosti ultrazvučnog procesa transesterifikacije su povećani prinosi pentaerythritol ester, skraćeno vrijeme reakcije i značajno niže temperature reakcije. (usp. Arumugam i dr., 2019.)

Ultrazvučno intenzivirao dvostupanjsku transesterifikaciju uljane repice na pentaerythritol ester.
(prilagođeno iz Arumugam i sur., 2019))

Pentanalno izvedeni acetalni esteri putem ultrazvučne sinteze

Istraživački tim Kurniawana sintetizirao je tri pentanalno izvedena acetalna estera sonokemijskom metodom koristeći načela zelene kemije. Ultrazvukom je korištena za promicanje dva kemijska koraka:

1. Esterifikacija 9,10-dihidroksikoksiokadekanske kiseline
2. Acetalizacija alkila 9,10-dihidroksiokciadekanoata

Za proizvodnju estera alkila 9,10- dihidroksterata potrebna su dva koraka i dobiveni su prinosi od 67-85%. Za procjenu učinkovitosti, sonokemijska metoda uspoređena je s konvencionalnom tehnikom refluksa. Nadalje, za određivanje utjecaja i učinkovitosti različitih katalizatora korišteni su katalizatori homogene i čvrste kiseline, odnosno sumporne kiseline (H2SO4), prirodni bentonit i H-bentonit. Utvrđeno je da je sonokemijska esterifikacija kiseline-katalizirane H-bentonitom dala proizvode u do 70% prinosu u 3 puta kraćem vremenu reakcije od metode refluksa, što je izvanredno. Konačni korak acetalizacije s n-pentanal u prisutnosti H-bentonita pomoću ultrazvuka omogućio je tri pentanalno izvedena dioksolanska derivata u prinosima od 69-85%, koji su veći od konvencionalne metode. Metoda refluksa zahtijevala je duže vrijeme reakcije od sonokemijske metode jer je ultrazvučna sinteza zahtijevala samo 10-30min. Osim toga, do znatno kraćeg vremena reakcije pod ultrazvukom, sonokemijskom metodom dobiven je izvanredan prinos svake estere.
Istraživač je također izračunao da su energetske potrebe sonokemijske reakcije približno 62 puta niže od potreba konvencionalne metode. To smanjuje troškove i ekološki je prihvatljivo.
Ispitivanjem fizikalno-kemijskih svojstava svakog proizvoda utvrđeno je da je metil 8-(2-butil-5-oktil-1,3-dioksolanski-4-il)oktanot potencijalni novi biolubrikant s funkcionalnostima za zamjenu uobičajenih maziva. (usp. Kurniawan i dr., 2021.)

Transesterifikacija pentaerythryl estera pomoću ultrazvuka

Pentaerythryl esteri mogu se dobiti od biljnih ulja kao što su suncokretovo, laneno sjeme i jatrolfino ulje. Istraživački tim Hashema demonstrirao je sintezu bioosnovanih maziva putem uzastopnih transesterifikacija kataliziranih bazama koje uključuju dva koraka transesterifikacije. Pokazali su izvedivost sinteze pomoću suncokretovog, lanenog i jatrolfa ulja. U prvom koraku ulja su pretvorena u odgovarajuće metil estere. U drugom procesu metil esteri pretvoreni su u pentaerythryl estere djelovanjem pentaerythritola kako je prikazano u sljedećoj shemi: (usp.

Nakon transesterifikacije biljnog ulja u metil ester, metil esteri se pretvaraju u pentaerythryl estere djelovanjem pentaerythritola kao što je prikazano u gornjoj shemi.
(usp. Hašem i dr., 2013.)

Značajno reakcija pojačava učinke ultrazvuka na transesterifikaciju su znanstveno dokazani i već od desetljeća industrijski usvojeni. Najistaknutiji primjer ultrazvučno poboljšane tranesterifikacije je pretvaranje ulja i masti u metil ester masnih kiselina (FAME), poznat kao biodizel.
Pročitajte više o ultrazvučno potpomognutoj transesterifikaciji (otpadnih) ulja i masti u biodizel!

Ultrazvučne sonde i reaktori za transesterifikaciju i druge kemijske sinteze

Hielscher Ultrasonics je vaš stručnjak kada je u pitanju sofisticirani high-performance ultrasonicators za sonokemijske reakcije. Hielscher dizajnira, proizvodi i distribuira ultrazvučne uređaje velike snage i pribor kao što su sonde (sondrode), reaktori i protočne ćelije u bilo kojoj veličini i opskrbljuje kemijske laboratorije, kao i kemijske proizvodne pogone u industrijskim razmjerima. Od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja do industrijskih ultrazvučnih sondi i reaktora, Hielscher ima idealan ultrazvučni sustav za vaš proces. S dugogodišnjim iskustvom u aplikacijama kao što su sono-kataliza i sono-sinteza, naše dobro obučeno osoblje preporučit će vam najprikladniju postavku za vaše zahtjeve.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne sustave visokih performansi vrlo visoke robusnosti i sposobne su isporučiti intenzivne ultrazvučne valove jer svi Hielscher industrijski ultrasonicators mogu isporučiti vrlo visoke amplitude u kontinuiranom radu (24/7). Robusni ultrazvučni sustavi ne zahtijevaju gotovo nikakvo održavanje i izgrađeni su za rad. To čini Hielscher ultrazvučnu opremu pouzdanom za teške primjene u zahtjevnim uvjetima. Dostupne su i posebne sonotrode za visokotemperaturne ili vrlo oštre kemikalije.
Najviša kvaliteta – Dizajniran i proizveden u Njemačkoj: Sva oprema je dizajnirana i proizvedena u našem sjedištu u Njemačkoj. Prije isporuke kupcu, svaki ultrazvučni uređaj pažljivo se testira pod punim opterećenjem. Težimo zadovoljstvu kupaca i naša proizvodnja je strukturirana kako bi ispunila najviše osiguranje kvalitete (npr. ISO certifikat).

Tablica u nastavku daje vam pokazatelj približne mogućnosti obrade naših ultrazvučnih uređaja: