Պոլիոլի սինթեզ ուլտրաձայնային տրանսեստերիֆիկացման միջոցով
Պոլիոլները սինթետիկ եթերներ են, որոնք արտադրվում են հիմնականում բուսական յուղերից կամ կենդանական ճարպերից տրիգլիցերիդների տրանսեսթերֆիկացման միջոցով: Այս պոլիոլները հումք են պոլիուրեթանների, բիոլյուբրիկանտների և այլ ցեմիկական նյութերի արտադրության համար։ Ultrasonication օգտագործվում է ուժեղացնել transesterification ռեակցիաներ կիրառելով ինտենսիվ կտրող ուժեր եւ ջերմային էներգիայի. Ուլտրաձայնը և դրա սոնոքիմիական ազդեցությունը ապահովում են ռեակցիայի էներգիան և օգնում հաղթահարել զանգվածային փոխանցման սահմանափակումները: Այսպիսով, sonication զգալիորեն բարելավում է transesterification արագությունը, եկամտաբերությունը, եւ ընդհանուր արդյունավետությունը:
Ուլտրաձայնային օգնությամբ տրանսեստերիֆիկացում
Տրանսեստերիֆիկացման ռեակցիաները սինթեզի ամենակարևոր ուղիներից են և լայնորեն օգտագործվում են որպես բուսական յուղերը նավթամթերքի փոխարինիչների վերածելու արդյունավետ տեխնիկա: Սոնո-սինթեզը (նաև սոնոքիմիական սինթեզ, որը քիմիական սինթեզ է, որը խթանվում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնի միջոցով), հայտնի է տրանսեսթերֆիկացման, ինչպես նաև այլ քիմիական գործընթացների վրա իր օգտակար ազդեցությամբ:
- Արագ փոխակերպում
- Ավելի ամբողջական արձագանք
- Ավելի քիչ կատալիզատոր
- Ավելի քիչ անցանկալի կողմնակի արտադրանքներ
- էներգաարդյունավետ
- կանաչ քիմիա
Ուլտրաձայնային ռեակտոր 16000 Վտ հզորությամբ (4x4000 Վտ զոնդերով)՝ սոնոքիմիապես ուժեղացված ներգծային տրանսեսթերֆիկացման համար:
Բուսական յուղերից կայուն պոլիոլի սինթեզ՝ ուլտրաձայնի միջոցով
Բուսական ծագում ունեցող ճարպաթթուները, այսինքն՝ բուսական յուղերը, լայնորեն մատչելի և վերականգնվող հումք են և կարող են օգտագործվել կենսաբազմազան պոլիոլների և պոլիուրեթանների պատրաստման համար: Ուլտրաձայնային հզորության կիրառումը նպաստավոր սոնոքիմիական էֆեկտներ է ստեղծում, որոնք զգալիորեն արագացնում են տրանսեսթերֆիկացման կատալիտիկ ռեակցիան: Բացի այդ, sonication-ը մեծացնում է սինթեզված պոլիոլների եկամտաբերությունը, քանի որ ակուստիկ կավիտացիայի ինտենսիվ խառնման էներգիան հաղթահարում է զանգվածի փոխանցման սահմանափակումը: Հայտնի է, որ ուլտրաձայնային տրանսեսթերֆիկացման ռեակցիաները արդյունավետ են ցածր ալկոհոլի և կատալիզատորի հետ, որպես սովորական տրանսեսթերֆիկացման ռեակցիաներ: Սա հանգեցնում է բարելավված ընդհանուր արդյունավետության ուլտրաձայնային միջոցով:
Պենտաերիտրիտոլ էսթերի վրա հիմնված կենսալուսրացուցիչի ուլտրաձայնային սինթեզ
Պենտաերիտրիտոլ էսթերը կարող է արդյունավետ կերպով սինթեզվել ռապսի յուղից երկաստիճան սոնոքիմիական գործընթացի միջոցով, ինչպես ցույց է տվել Arumugam-ի հետազոտական թիմը: Իրենց օպտիմալացման ուսումնասիրության ընթացքում հետազոտողները օգտագործել են Hielscher ultrasonicator UP400St (տե՛ս ձախ նկարը): Առաջին սոնոքիմիապես խթանված տրանսեսթերֆիկացման ժամանակ ռապևի յուղը մեթանոլի հետ փոխազդում է մեթիլ էսթերի: Տրանսեսթերֆիկացման երկրորդ քայլում մեթիլ էսթերը փոխազդում է քսիլենի և կատալիզատորի հետ՝ պենտաերիտրիտոլ էսթերին: Հետազոտողը կենտրոնացել է ուլտրաձայնային գործընթացի պարամետրերի օպտիմալացման վրա՝ ուլտրաձայնի տակ պենտաերիտրիտոլ էսթերի սինթեզի եկամտաբերությունն ու ընդհանուր արդյունավետությունը բարձրացնելու նպատակով: Պենտաերիտրիտոլ էսթերի 81,4%-ի բարելավված ելքը ձեռք է բերվել 15 վրկ ուլտրաձայնային իմպուլսով, 60 վրկ ուլտրաձայնային ամպլիտուդով, կատալիզատորի կոնցենտրացիան՝ 1,5 wt%, և ռեակցիայի ջերմաստիճանը՝ 100°C: Որակի վերահսկման համար sonochemically սինթեզված pentaerythritol ester համեմատվել է սինթետիկ կարգի կոմպրեսորային յուղի հետ: Եզրափակելով, ուսումնասիրությունը ենթադրում է, որ ուլտրաձայնային եղանակով խթանված հաջորդական տրանսեսթերֆիկացման գործընթացը արդյունավետ մեթոդ է փոխարինելու սովորական հաջորդական տրանսեսթերֆիկացման գործընթացը՝ պենտաերիտրիտոլ էսթերի վրա հիմնված կենսալյուբրիկանտի սինթեզի համար: Ուլտրաձայնային տրանսեսթերֆիկացման գործընթացի հիմնական առավելություններն են պենտերիտրիտոլ էսթերի ավելացված ելքը, արձագանքման կրճատված ժամանակը և ռեակցիայի զգալիորեն ցածր ջերմաստիճանը: (տես Arumugam et al., 2019)
Ուլտրաձայնային ուժեղացված երկու փուլային տրանսեսթերֆիկացում ռապևի յուղի դեպի պենտաերիտրիտոլ էսթեր:
(ադապտացված է Arumugam et al., 2019)
Պենտանալից ստացված ացետալ եթերներ ուլտրաձայնային սինթեզի միջոցով
Կուրնյավանի հետազոտական թիմը սինթեզել է երեք պենտանալից ստացված ացետալ եթերներ սոնոքիմիական մեթոդի միջոցով՝ օգտագործելով կանաչ քիմիայի սկզբունքները: Sonication-ը օգտագործվել է երկու քիմիական քայլ խթանելու համար.
- 9,10-դիհիդրօքսիոկտադեկանաթթվի էստերիֆիկացում
- Ալկիլ 9,10-դիհիդրօքսիոկտադեկանոատի ացետալիզացում
Ալկիլ 9,10-դիհիդրօքսիստեարատի եթերներ ստանալու համար պահանջվում է երկու քայլ և ստացվել է 67-85% ելք: Արդյունավետության գնահատման համար սոնոքիմիական մեթոդը համեմատվել է սովորական ռեֆլյուքս տեխնիկայի հետ: Ավելին, միատարր և պինդ թթվային կատալիզատորներ՝ ծծմբաթթու (H2SO4), բնական բենտոնիտ և H-բենտոնիտ, օգտագործվել են տարբեր կատալիզատորների ազդեցությունն ու արդյունավետությունը որոշելու համար: Պարզվել է, որ H-բենտոնիտով կատալիզացված թթվի սոնոքիմիական էսթերիֆիկացումը 3 անգամ ավելի կարճ արձագանքման ժամանակում արտադրանք է տվել մինչև 70% արդյունք, քան ռեֆլյուքս մեթոդը, ինչը ուշագրավ է: Վերջնական ացետալիզացիան n-պենտանալով H-բենտոնիտի առկայության դեպքում՝ օգտագործելով ուլտրաձայնային ախտահանումը, ստացավ երեք պենտանալից ստացված դիօքսոլանի ածանցյալներ՝ 69–85% եկամտաբերությամբ, որոնք ավելի բարձր են, քան սովորական մեթոդը: Ռեֆլյուքս մեթոդը պահանջում էր ավելի երկար արձագանքման ժամանակ, քան սոնոքիմիական մեթոդը, քանի որ ուլտրաձայնային սինթեզը պահանջում էր ընդամենը 10-30 րոպե: Ի լրումն էականորեն ավելի կարճ արձագանքման ժամանակի տակ sonication, ուշագրավ եկամտաբերությունը յուրաքանչյուր էսթերի ստացվել օգտագործելով sonochemical մեթոդը:
Հետազոտողը հաշվարկել է նաև, որ սոնոքիմիական ռեակցիայի էներգիայի պահանջները մոտ. 62 անգամ ավելի ցածր, քան սովորական մեթոդը: Սա նվազեցնում է ծախսերը և էկոլոգիապես մաքուր է:
Յուրաքանչյուր արտադրանքի ֆիզիկաքիմիական հատկությունների ուսումնասիրությունը ցույց է տվել, որ մեթիլ 8-(2-բութիլ-5-օկտիլ-1,3-դիոքսոլան-4-իլ) օկտանոատը պոտենցիալ նոր կենսալյուբրիկանտ է, որն ունի սովորական քսանյութերը փոխարինելու գործառույթներ: (տես Կուրնիավան և այլք, 2021)
Ուլտրաձայնային ռեակտոր՝ 4x2000 վտ հզորությամբ զոնդերով (8 կՎտ)՝ սոնոքիմիական պրոցեսների համար:
Պենտաերիտրիլ էսթերների տրանսեսթերիֆիկացում ուլտրաձայնի միջոցով
Պենտաերիտրիլ էսթերները կարելի է ձեռք բերել բուսական յուղերից, ինչպիսիք են արևածաղկի, կտավատի և յատրոֆայի յուղը: Հաշեմի հետազոտական թիմը ցուցադրել է կենսահիմք ունեցող քսանյութերի սինթեզը հաջորդական հիմքով կատալիզացված տրանսեսթերիֆիկացիաների միջոցով, որոնք ներառում են տրանսեսթերֆիկացման երկու քայլեր: Նրանք ցույց տվեցին սինթեզի իրագործելիությունը՝ օգտագործելով արևածաղկի, կտավատի և յատրոֆայի յուղը: Առաջին քայլում յուղերը վերածվել են համապատասխան մեթիլ եթերների։ Երկրորդ գործընթացում մեթիլ էսթերները վերածվեցին պենտաերիտրիլ էսթերների՝ պենտաերիտրիտոլի գործողությամբ, ինչպես ցույց է տրված հետևյալ սխեմայով.
Բուսական յուղի մեթիլ էսթերի տրանսեսթերֆիկացիայից հետո մեթիլ էսթերները վերածվում են պենտաերիտրիլ էսթերների՝ պենտաերիտրիտոլի գործողությամբ, ինչպես ցույց է տրված վերը նշված սխեմայով: (տես Hashem et al., 2013)
Ուլտրաձայնային փոխազդեցության զգալի ռեակցիան ուժեղացնող ազդեցությունները տրանսեսթերֆիկացման վրա գիտականորեն ապացուցված են և արդեն տասնամյակներ ի վեր արդյունաբերականորեն ընդունված են: Ուլտրաձայնային եղանակով բարելավված տրանեստերիֆիկացման ամենաակնառու օրինակը յուղերի և ճարպերի փոխակերպումն է ճարպաթթվի մեթիլ էսթերի (FAME), որը հայտնի է որպես կենսադիզել:
Կարդացեք ավելին ուլտրաձայնային օգնությամբ յուղերի և ճարպերի (թափոնների) տրանսեսթերֆիկացման մասին բիոդիզել:
Ուլտրաձայնային զոնդեր և ռեակտորներ տրանսեստերիֆիկացման և այլ քիմիական սինթեզների համար
Hielscher Ultrasonics-ը ձեր մասնագետն է, երբ խոսքը վերաբերում է սոնոքիմիական ռեակցիաների բարդ բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային սարքերին: Hielscher-ը նախագծում, արտադրում և տարածում է բարձր հզորության ուլտրաձայնային սարքեր և աքսեսուարներ, ինչպիսիք են զոնդերը (սոնոտրոդներ), ռեակտորները և հոսքի բջիջները ցանկացած չափի և մատակարարում է քիմիական լաբորատորիաներ, ինչպես նաև արդյունաբերական մասշտաբով քիմիական արտադրական օբյեկտներ: Կոմպակտ լաբորատոր ուլտրաձայնային սարքերից մինչև արդյունաբերական ուլտրաձայնային զոնդեր և ռեակտորներ, Hielscher-ն ունի իդեալական ուլտրաձայնային համակարգ ձեր գործընթացի համար: Ունենալով երկարամյա փորձ այնպիսի ծրագրերում, ինչպիսիք են սոնո-կատալիզը և սոնոսինթեզը, մեր լավ պատրաստված անձնակազմը ձեզ կառաջարկի ամենահարմար կարգավորումը ձեր պահանջներին համապատասխան:
Hielscher Ultrasonics-ը արտադրում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային համակարգեր, որոնք ունեն շատ բարձր ամրություն և ունակ են մատուցել ինտենսիվ ուլտրաձայնային ալիքներ, քանի որ բոլոր Hielscher արդյունաբերական ուլտրաձայնային սարքերը կարող են ապահովել շատ բարձր ամպլիտուդներ շարունակական շահագործման ընթացքում (24/7): Ուլտրաձայնային հզոր համակարգերը գրեթե չեն պահանջում սպասարկում և կառուցված են աշխատելու համար: Սա Hielscher-ի ուլտրաձայնային սարքավորումը դարձնում է հուսալի ծանրաբեռնվածության համար պահանջվող պայմաններում: Առկա են նաև հատուկ սոնոտրոդներ բարձր ջերմաստիճանի կամ շատ կոշտ քիմիական նյութերի համար:
Ամենաբարձր որակը – Նախագծված և արտադրված է Գերմանիայում. Ամբողջ սարքավորումները նախագծված և արտադրված են Գերմանիայում գտնվող մեր գլխավոր գրասենյակում: Հաճախորդին առաքումից առաջ յուրաքանչյուր ուլտրաձայնային սարք մանրակրկիտ փորձարկվում է լրիվ ծանրաբեռնվածության տակ: Մենք ձգտում ենք հաճախորդների գոհունակությանը, և մեր արտադրությունը կառուցված է այնպես, որ կատարի որակի ամենաբարձր երաշխիքը (օրինակ՝ ISO սերտիֆիկացում):
Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման հզորությունը.
| Խմբաքանակի ծավալը | Հոսքի արագություն | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 1-ից 500 մլ | 10-ից 200 մլ / րոպե | UP100H |
| 10-ից 2000 մլ | 20-ից 400 մլ / րոպե | UP200Ht, UP400 Փ |
| 0.1-ից 20լ | 0.2-ից 4լ/րոպե | UIP2000hdT |
| 10-ից 100 լ | 2-ից 10 լ / րոպե | UIP4000hdT |
| ԱԺ | 10-ից 100 լ / րոպե | UIP16000 |
| ԱԺ | ավելի մեծ | կլաստերի UIP16000 |
Կապ մեզ հետ: / Հարցրեք մեզ:
Hielscher Ultrasonics-ը արտադրում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր, փորձնական և արդյունաբերական մասշտաբով կիրառական կիրառությունների խառնուրդի, ցրման, էմուլսացման և արդյունահանման համար:
Գրականություն / Հղումներ
- 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
Փաստեր, որոնք արժե իմանալ
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.
Learn more about the use of polyols in ultrasonic biolubricant manufacturing!
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?
Բնական յուղի պոլիոլները (հապավ. NOPs) կամ բիոպոլիոլները բուսական յուղերից ստացված պոլիոլներ են։ Կենսապոլիոլների սինթեզման համար հասանելի են մի քանի տարբեր քիմիական ուղիներ: Բիոպոլիոլները հիմնականում օգտագործվում են որպես հումք պոլիուրեթանների արտադրության համար, բայց նաև մտնում են այլ ապրանքների արտադրության մեջ, ինչպիսիք են քսանյութերը, էլաստոմերները, սոսինձները, արհեստական կաշին և ծածկույթները:
Ինչ վերաբերում է բուսական յուղերից պոլիոլների սինթեզին, կան տարբեր ռեակցիաների մեթոդներ, ինչպիսիք են էպօքսիդացումը, տրանսամիդացումը և տրանսեսթերիֆիկացումը: Օրինակ, ռապևի յուղի վրա հիմնված պոլիոլը կարող է սինթեզվել ճարպաթթուների շղթաներում կրկնակի կապերի մասնակի էպոօքսիդացման և օքսիրանի օղակների ընդհանուր բացման միջոցով՝ օգտագործելով դիէթիլեն գլիկոլ: Բուսական տրիգլիցերիդների էսթերային կապերի տրանսամիդացումը և տրանսեսթերիֆիկացումը կարող են իրականացվել համապատասխանաբար դիեթանոլամինի և տրիէթանոլամինի օգտագործմամբ:
Read more about ultrasonic transesterification of diesters!
Hielscher Ultrasonics-ը արտադրում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ լաբորատորիա դեպի արդյունաբերական չափս.