Poliol szintézis ultrahangos átészterezéssel

A poliolok olyan szintetikus észterek, amelyeket főként növényi olajokból vagy állati zsírokból származó trigliceridek átészterezésével állítanak elő. Ezek a poliolok a poliuretánok, biolubricánsok és más ceminikálok előállításának nyersanyagai. Ultrasonication a transzészterifikációs reakciók fokozására szolgál intenzív nyíróerők és hőenergia alkalmazásával. Az ultrahang és szonokémiai hatásai reakcióenergiát szolgáltatnak, és segítenek leküzdeni a tömegátadási korlátokat. Ezáltal az ultrahangos kezelés jelentősen javítja a transzészterifikációs sebességet, a hozamot és az általános hatékonyságot.

Ultrahanggal segített átészterezés

A transzészterifikációs reakciók az egyik legfontosabb szintézisút, és széles körben használják hatékony technikaként a növényi olajok kőolajtermékek helyettesítőivé történő átalakítására. A sono-szintézis (más néven szonokémiai szintézis, amely a nagy teljesítményű ultrahanggal támogatott kémiai szintézis) jól ismert a transzészterifikációra és más kémiai folyamatokra gyakorolt jótékony hatásairól.

Fenntartható poliol szintézis növényi olajokból ultrahang segítségével

A növényi eredetű zsírsavak, azaz a növényi olajok széles körben elérhető és megújuló nyersanyagot jelentenek, és felhasználhatók bioalapú poliolok és poliuretánok előállítására. A teljesítmény ultrahang alkalmazása kedvező szonokémiai hatásokat hoz létre, amelyek jelentősen felgyorsítják a transzészterifikáció katalitikus reakcióját. Ezenkívül az ultrahangos kezelés növeli a szintetizált poliolok hozamát, mivel az akusztikus kavitáció intenzív keverési energiája legyőzi a tömegátadás korlátozását. Ultrahangos transzészterifikációs reakciók jól ismertek, hogy hatékonyan működnek alacsonyabb alkohollal és katalizátorral, mint hagyományos transzészterifikációs reakciók. Ez javítja az általános hatékonyságot az ultrahangos kezelés révén.

Pentaeritritol-észter-észter alapú biolubrikáns ultrahangos szintézise

A pentaeritrit-észter hatékonyan szintetizálható repceolajból kétlépcsős szonokémiai eljárással, amint azt az Arumugam kutatócsoportja is bizonyította. Optimalizálási tanulmányukban a kutatók a Hielscher ultrasonicator UP400St -t használták (lásd a bal oldali képet). Az első szonokémiailag támogatott transzészterifikáció során a repceolajat metanollal reagáljuk a metil-észterre. A második transzészterifikációs lépésben a metil-észter xilollal és katalizátorral reagál a pentaeririt-észterre. A kutató az ultrahangos folyamatparaméterek optimalizálására összpontosított annak érdekében, hogy növelje a pentaeritritrit észter szintézis hozamát és általános hatékonyságát ultrahang alatt. A pentaeritritol-észter 81,4% -ának jobb hozamát 15 s ultrahangos impulzussal, 60% -os ultrahangos amplitúdóval, 1,5 wt% -os katalizátorkoncentrációval és 100 ° C-os reakcióhőmérséklettel valósítottuk meg. A minőségellenőrzéshez a szonokémiailag szintetizált pentaeritritril-észtert összehasonlítottuk a szintetikus minőségű kompresszorolajjal. Összefoglalva, a tanulmány azt sugallja, hogy az ultrahanggal támogatott egymást követő transzészterifikációs folyamat hatékony módszer a hagyományos egymást követő transzészterezési folyamat helyettesítésére a pentaeritritol-észter alapú biolubrikáns szintéziséhez. Az ultrahangos transzészterifikációs folyamat fő előnyei a pentaeritritol-észter megnövekedett hozama, a rövidebb reakcióidő és a jelentősen alacsonyabb reakcióhőmérséklet. (vö. Arumugam et al., 2019)

Ultrahangosan intenzívebbé vált a repceolaj kétfokozatú átészterezése a pentaeritritril észterbe.
(Arumugam et al., 2019-ből adaptálva)

Pentonból származó acetál-észterek ultrahangos szintézissel

Kurniawan kutatócsoportja három pentonális eredetű acetál-észtert szintetizált a zöld kémia elveit alkalmazó szonokémiai módszerrel. Az ultrahangos kezelést két kémiai lépés előmozdítására használták:

1. 9,10-dihidroxi-oktadektánsav észterezése
2. Alkil-9,10-dihidroxi-oktadekanoát acetalizációja

Az alkil-9,10-dihidroxi-tearát 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-katalizált szonokémiai észterezése akár 70% -os hozamot is adott a termékeknek 3-szor rövidebb reakcióidő alatt, mint a reflux módszer, ami figyelemre méltó. Az utolsó acetalizációs lépés n-pentonival H-bentonit jelenlétében ultrahanggal három pentonális 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. A szonikáció alatt álló lényegesen 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 módszeré. Ez csökkenti a költségeket és környezetbarát.
Az egyes termékek fizikai-kémiai tulajdonságainak vizsgálata azt mutatta, hogy a metil-8-(2-butil-5-oktil-1,3-dioxolán-4-il)oktanoát potenciálisan új biolubrikáns, amely a közös kenőanyagok helyettesítésére szolgáló funkciókkal rendelkezik. (vö. Kurniawan et al., 2021)

A pentaeriterril-észterek átészterezése ultrahanggal

Az pentariterril-észterek növényi olajokból, például napraforgóból, lenmagból és jatrophaolajból nyerhetők. A Hashem kutatócsoportja a bioalapú kenőanyagok szintézisét egy egymást követő alapkatalizált transzészterezéssel mutatta be, amely két transzészterifikációs lépést tartalmazott. Megmutatták a szintézis megvalósíthatóságát napraforgó,lenmag és jatrophaolaj felhasználásával. Az első lépésben az olajokat a megfelelő metil-észterekké alakítottuk át. A második eljárás során a metil-észtereket pentaeriészterekké alakítottuk át a pentaerimetril-észterek hatására, amint azt a következő séma mutatja: (vö. Hashem et al., 2013)

A növényi olaj metil-észterré történő átészterezését követően a metil-észtereket pentaeritril-észterekké alakítják át a pentaeriritol hatására, amint azt a fenti séma mutatja.
(vö. Hashem et al., 2013)

Az ultrahangos kezelés jelentősen reakciónövelő hatásai a transzészterifikációra tudományosan bizonyítottak és már évtizedek óta iparilag elfogadottak. Az ultrahangosan javított átészterezés legkiemelkedőbb példája az olajok és zsírok átalakítása zsírsav-metil-észterré (FAME), amelyet biodízelnek neveznek.
Tudjon meg többet a (hulladék) olajok és zsírok ultrahanggal segített átészterezéséről biodízellé!

Ultrahangos szondák és reaktorok átészterezéshez és egyéb kémiai szintézisekhez

Hielscher Ultrasonics az Ön szakembere, amikor kifinomult, nagy teljesítményű ultrahangos készülékekről van szó szonokémiai reakciókhoz. A Hielscher nagy teljesítményű ultrahangos készülékeket és kiegészítőket tervez, gyárt és forgalmaz, például szondákat (sonotrodes), reaktorokat és áramlási cellákat bármilyen méretben, és kémiai laboratóriumokat, valamint ipari méretű vegyi gyártó létesítményeket szállít. A kompakt laboratóriumi ultrahangos készülékektől az ipari ultrahangos szondákig és reaktorokig a Hielscher ideális ultrahangos rendszerrel rendelkezik az Ön folyamatához. Az olyan alkalmazásokban, mint a sono-katalízis és a sono-szintézis, hosszú távú tapasztalattal rendelkező munkatársaink az Ön igényeinek leginkább megfelelő beállítást ajánlják Önnek.
Hielscher Ultrasonics gyárt nagy teljesítményű ultrahangos rendszereket nagyon nagy robusztussággal és képes intenzív ultrahanghullámok továbbítására, mivel minden Hielscher ipari ultrasonicator nagyon nagy amplitúdókat képes szállítani folyamatos működés közben (24/7). A robusztus ultrahangrendszerek szinte semmilyen karbantartást nem igényelnek, és futásra épülnek. Ez teszi a Hielscher ultrahangos berendezést megbízhatóvá a nagy teherbírású alkalmazásokhoz igényes körülmények között. A magas hőmérsékletű vagy nagyon kemény vegyi anyagokhoz speciális sonotrode-ok is rendelkezésre állnak.
Legjobb minőség – Németországban tervezve és gyártva: Minden berendezést németországi székhelyünkön tervezünk és gyártunk. Az ügyfélnek történő szállítás előtt minden ultrahangos készüléket gondosan tesztelnek teljes terhelés alatt. Törekszünk az ügyfelek elégedettségére, és termelésünk úgy van kialakítva, hogy a legmagasabb minőségbiztosítást (pl. ISO tanúsítást) teljesítse.

Az alábbi táblázat az ultrahangos készülékek hozzávetőleges feldolgozási kapacitását jelzi: