Poliol szintézis ultrahangos átészterezéssel

A poliolok szintetikus észterek, amelyeket főként növényi olajokból vagy állati zsírokból származó trigliceridek átészterezésével állítanak elő. Ezek a poliolok nyersanyagok poliuretánok, biokenőanyagok és egyéb cemikális anyagok előállításához. Az ultrahangos kezelést az átészterezési reakciók fokozására használják intenzív nyíróerők és hőenergia alkalmazásával. Az ultrahang és szonokémiai hatásai reakcióenergiát szolgáltatnak, és segítenek leküzdeni a tömegátadási korlátokat. Ezáltal az ultrahangos kezelés jelentősen javítja az átészterezési sebességet, a hozamot és az általános hatékonyságot.

Ultrahanggal segített átészterezés

Az átészterezési reakciók az egyik legfontosabb szintézis útvonal, és széles körben használják hatékony módszerként a növényi olajok kőolajtermék-helyettesítővé történő átalakítására. A sono-szintézis (szintén szonokémiai szintézis, amely a kémiai szintézis nagy teljesítményű ultrahanggal elősegíti) jól ismert az átészterezésre és más kémiai folyamatokra gyakorolt jótékony hatásairól.

Fenntartható poliol szintézis növényi olajokból ultrahanggal

A növényi eredetű zsírsavak, azaz a növényi olajok széles körben elérhető és megújuló nyersanyagok, amelyek bioalapú poliolok és poliuretánok előállítására használhatók. A teljesítmény ultrahang alkalmazása kedvező szonokémiai hatásokat hoz létre, amelyek jelentősen felgyorsítják az átészterezés katalitikus reakcióját. Ezenkívül az ultrahangos kezelés növeli a szintetizált poliolok hozamát, mivel az akusztikus kavitáció intenzív keverési energiája leküzdi a tömegátadási korlátozást. Az ultrahangos átészterezési reakciók jól ismertek, hogy hatékonyan működnek alacsonyabb alkohollal és katalizátorral, mint a hagyományos átészterezési reakciók. Ez javítja az ultrahangos kezelés általános hatékonyságát.

Pentaeritrit-észter alapú biokenőanyag ultrahangos szintézise

A pentaeritrit-észter hatékonyan szintetizálható repceolajból kétlépcsős szonokémiai eljárással, amint azt az Arumugam kutatócsoportja bizonyította. Optimalizálási tanulmányukban a kutatók a Hielscher ultrasonicator UP400St (lásd a bal oldali képet). Az első szonokémiailag támogatott átészterezés során a repceolajat metil-észterrel metil-észterrel reagáltatjuk. A második átészterezési lépésben a metil-észter reakcióba lép xilollal és katalizátorral pentaeritrit-észterrel. A kutató az ultrahangos folyamatparaméterek optimalizálására összpontosított annak érdekében, hogy növelje az ultrahang alatt a pentaeritrit-észter szintézis hozamát és általános hatékonyságát. A pentaeritrit-észter 81,4% -ának jobb hozamát 15 s ultrahangos impulzussal, 60% -os ultrahangos amplitúdóval, 1,5 tömeg% katalizátor-koncentrációval és 100 ° C-os reakcióhőmérséklettel sikerült elérni. A minőségellenőrzés érdekében a szonokémiailag szintetizált pentaeritrit-észtert összehasonlítottuk szintetikus minőségű kompresszorolajjal. Összefoglalva, a tanulmány azt sugallja, hogy az ultrahanggal támogatott egymást követő átészterezési folyamat hatékony módszer a pentaeritrit-észter alapú biokenőanyag szintézisének hagyományos egymást követő átészterezési folyamatának helyettesítésére. Az ultrahangos átészterezési folyamat fő előnyei a pentaeritrit-észter megnövekedett hozama, a rövidebb reakcióidő és jelentősen alacsonyabb reakcióhőmérséklet. (vö. Arumugam et al., 2019)

A repceolaj ultrahanggal fokozott kétlépcsős átészterezése pentaeritrit-észterre.
(Arumugam et al., 2019 alapján)

Pentanális eredetű acetálészterek ultrahangos szintézissel

A Kurniawan kutatócsoportja három pentánális eredetű acetálésztert szintetizált szonokémiai módszerrel, a zöld kémia elveit alkalmazva. A szonikációt két kémiai lépés előmozdítására használták:

1. 9,10-dihidroxi-oktadekánsav észterezése
2. Alkil-9,10-dihidroxi-oktadecanoát acetalizálása

Az alkil-9,10-dihidroxisztearát észtereinek előállításához két lépés szükséges, és 67-85% -os hozamot kaptunk. A hatékonyság értékeléséhez a szonokémiai módszert összehasonlítottuk a hagyományos reflux technikával. Ezenkívül homogén és szilárd savas katalizátorokat, nevezetesen kénsavat (H2SO4), természetes bentonitot és H-bentonitot használtunk a különböző katalizátorok hatásának és hatékonyságának meghatározására. Azt találtuk, hogy a H-bentonit által katalizált sav szonokémiai észterezése akár 70% -os hozamot eredményezett 3-szor rövidebb reakcióidő alatt, mint a reflux módszer, ami figyelemre méltó. Az utolsó acetalizációs lépés n-pentanállal H-bentonit jelenlétében ultrahangos kezeléssel három pentánális eredetű dioxolánszármazékot eredményezett 69–85% -os hozamban, amelyek magasabbak, mint a hagyományos módszer. A reflux módszer hosszabb reakcióidőt igényelt, mint a szonokémiai módszer, mivel az ultrahangos szintézis csak 10-30 percet igényelt. Az ultrahangos kezelés alatt jelentősen rövidebb reakcióidő mellett az egyes észterek figyelemre méltó hozamát kaptuk a szonokémiai módszerrel.
A kutató azt is kiszámította, hogy a szonokémiai reakció energiaigénye kb. 62-szer alacsonyabb, mint a hagyományos módszer. Ez csökkenti a költségeket és környezetbarát.
Az egyes termékek fizikai-kémiai tulajdonságainak vizsgálata feltárta, hogy a metil-8-(2-butil-5-oktil-1,3-dioxolán-4-il)oktanoát potenciális új biokenőanyag, amely rendelkezik a szokásos kenőanyagok helyettesítésére szolgáló funkciókkal. (vö. Kurniawan et al., 2021)

Pentaeritril-észterek átészterezése ultrahanggal

A pentaerithril-észterek növényi olajokból, például napraforgó-, lenmag- és jatrophaolajból nyerhetők. A Hashem kutatócsoportja a bioalapú kenőanyagok szintézisét mutatta be egy egymást követő bázis-katalizált átészterezéssel, amely két átészterezési lépést tartalmazott. Bemutatták a szintézis megvalósíthatóságát napraforgó-, lenmag- és jatrophaolajjal. Első lépésben az olajokat megfelelő metilészterekké alakítottuk át. A második eljárás során a metil-észtereket pentaeritrit hatására pentaeritril-észterekké alakítottuk át, amint azt a következő séma mutatja: (vö. Hashem et al., 2013)

A növényi olaj metil-észterré történő átészterezése után a metil-észtereket pentaeritrit hatására pentaeritrit-észterekké alakítják át, amint azt a fenti séma mutatja.
(vö. Hashem et al., 2013)

Az ultrahangos kezelés jelentősen reakciónövelő hatásai az átészterezésre tudományosan bizonyítottak és már évtizedek óta iparilag elfogadottak. Az ultrahanggal javított átészterezés legjelentősebb példája az olajok és zsírok átalakítása zsírsav-metil-észterré (FAME), biodízel néven ismert.
További információ a (hulladék)olajok és zsírok ultrahanggal segített átészterezéséről biodízellé!

Ultrahangos szondák és reaktorok átészterezéshez és egyéb kémiai szintézisekhez

A Hielscher Ultrasonics az Ön szakembere, amikor kifinomult, nagy teljesítményű ultrahangos készülékeket kap a szonokémiai reakciókhoz. Hielscher tervez, gyárt, és forgalmaz nagy teljesítményű ultrahangos készülékeket és tartozékokat, például szondákat (sonotrodes), reaktorokat, és áramlási cellákat bármilyen méretben, és kémiai laboratóriumokat, valamint ipari méretű vegyipari termelési létesítményeket szállít. A kompakt laboratóriumi ultrahangos készülékektől az ipari ultrahangos szondákig és reaktorokig a Hielscher ideális ultrahangos rendszerrel rendelkezik a folyamathoz. Hosszú távú tapasztalattal rendelkezik olyan alkalmazásokban, mint a sono-katalízis és a sono-szintézis, jól képzett munkatársaink javasolják az Ön igényeinek legmegfelelőbb beállítást.
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos rendszereket gyárt, amelyek nagyon robusztusak és képesek intenzív ultrahanghullámokat szállítani, mivel minden Hielscher ipari ultrasonicators nagyon nagy amplitúdókat képes biztosítani folyamatos üzemben (24/7). A robusztus ultrahangos rendszerek szinte semmilyen karbantartást nem igényelnek, és működésre épülnek. Ez teszi Hielscher ultrahangos berendezések megbízhatóak a nagy teherbírású alkalmazásokhoz igényes körülmények között. Speciális sonotrodes magas hőmérsékletű vagy nagyon kemény vegyi anyagok is rendelkezésre állnak.
Legmagasabb minőség – Németországban tervezve és gyártva: Minden berendezést németországi központunkban tervezünk és gyártunk. Az ügyfélnek történő szállítás előtt minden ultrahangos készüléket gondosan tesztelnek teljes terhelés alatt. Vevői elégedettségre törekszünk, és gyártásunkat úgy alakítottuk ki, hogy megfeleljen a legmagasabb minőségbiztosításnak (pl. ISO tanúsítás).

Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását: