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:

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.

1. 9,10-դիհիդրօքսիոկտադեկանաթթվի էստերիֆիկացում
2. 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)

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.