Պոլիոլների սինթեզ ուլտրաձայնային վերաէսթերացման միջոցով

Պոլիոլները սինթետիկ էսթերներ են, որոնք հիմնականում ստացվում են բուսական յուղերի կամ կենդանական ճարպերի տրիգլիցերիդների վերաէսթերացման միջոցով։ Այս պոլիոլները հումք են պոլիուրեթանների, կենսաքսանյութերի և այլ քիմիական նյութերի արտադրության համար։ Ուլտրաձայնային մշակումը կիրառվում է վերաէսթերացման ռեակցիաներն ուժեղացնելու համար՝ ինտենսիվ սահքի ուժերի և ջերմային էներգիայի միջոցով։ Ուլտրաձայնը և դրա սոնոքիմիական ազդեցությունները ռեակցիային էներգիա են հաղորդում և օգնում հաղթահարել զանգվածափոխանակության սահմանափակումները։ Այդպիսով, ուլտրաձայնային մշակումը զգալիորեն բարձրացնում է վերաէսթերացման արագությունը, ելքը և ընդհանուր արդյունավետությունը։

Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ վերաէսթերացում

Վերաէսթերացման ռեակցիաները սինթեզի կարևորագույն ուղիներից են և լայնորեն կիրառվում են որպես բուսական յուղերը նավթամթերքի փոխարինիչների վերածելու արդյունավետ մեթոդ։ Սոնոսինթեզը (նաև՝ սոնոքիմիական սինթեզ, որը բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնով խթանվող քիմիական սինթեզ է) հայտնի է վերաէսթերացման, ինչպես նաև այլ քիմիական գործընթացների վրա իր բարենպաստ ազդեցությամբ։

Պոլիոլների կայուն սինթեզ բուսական յուղերից՝ ուլտրաձայնի կիրառմամբ

Բուսական ծագման ճարպաթթուները, այսինքն՝ բուսական յուղերը, լայնորեն հասանելի և վերականգնվող հումք են և կարող են օգտագործվել կենսահիմքով պոլիոլների և պոլիուրեթանների ստացման համար։ Բարձր հզորության ուլտրաձայնի կիրառումն առաջացնում է բարենպաստ սոնոքիմիական ազդեցություններ, որոնք զգալիորեն արագացնում են վերաէսթերացման կատալիտիկ ռեակցիան։ Բացի այդ, ուլտրաձայնային մշակումը բարձրացնում է սինթեզվող պոլիոլների ելքը, քանի որ ակուստիկ կավիտացիայի ինտենսիվ խառնման էներգիան հաղթահարում է զանգվածափոխանակության սահմանափակումը։ Հայտնի է, որ ուլտրաձայնային վերաէսթերացման ռեակցիաներն արդյունավետ են ընթանում սպիրտի և կատալիզատորի ավելի փոքր քանակներով, քան սովորական վերաէսթերացման ռեակցիաները։ Այսպիսով, ուլտրաձայնային մշակումը բարձրացնում է ընդհանուր արդյունավետությունը։

Պենտաէրիթրիտոլի էսթերի հիմքով կենսաքսանյութի ուլտրաձայնային սինթեզ

Պենտաէրիթրիտոլի էսթերը կարելի է արդյունավետորեն սինթեզել ռապսի յուղից՝ երկփուլ սոնոքիմիական գործընթացով, ինչպես ցույց է տվել Arumugam-ի հետազոտական խումբը։ Օպտիմալացման իրենց ուսումնասիրության ընթացքում հետազոտողներն օգտագործել են Hielscher ընկերության UP400St ուլտրաձայնային սարքը (տես ձախ կողմի պատկերը)։ Առաջին՝ սոնոքիմիական ազդեցությամբ խթանվող վերաէսթերացման ընթացքում ռապսի յուղը փոխազդում է մեթանոլի հետ՝ առաջացնելով մեթիլային էսթեր։ Վերաէսթերացման երկրորդ փուլում մեթիլային էսթերը փոխազդում է քսիլոլի և կատալիզատորի հետ՝ առաջացնելով պենտաէրիթրիտոլի էսթեր։ Հետազոտողը կենտրոնացել է ուլտրաձայնային գործընթացի պարամետրերի օպտիմալացման վրա՝ ուլտրաձայնի ազդեցության տակ պենտաէրիթրիտոլի էսթերի սինթեզի ելքը և ընդհանուր արդյունավետությունը բարձրացնելու նպատակով։ Պենտաէրիթրիտոլի էսթերի բարձրացված՝ 81,4% ելք է ստացվել 15 s ուլտրաձայնային իմպուլսի, 60% ուլտրաձայնային ամպլիտուդի, կատալիզատորի 1,5 wt% կոնցենտրացիայի և ռեակցիայի 100°C ջերմաստիճանի պայմաններում։ Որակի վերահսկման նպատակով սոնոքիմիական եղանակով սինթեզված պենտաէրիթրիտոլի էսթերը համեմատվել է սինթետիկ դասի կոմպրեսորային յուղի հետ։ Եզրափակելով՝ ուսումնասիրությունը վկայում է, որ ուլտրաձայնով խթանվող հաջորդական վերաէսթերացման գործընթացը պենտաէրիթրիտոլի էսթերի հիմքով կենսաքսանյութի սինթեզում սովորական հաջորդական վերաէսթերացման գործընթացը փոխարինելու արդյունավետ մեթոդ է։ Ուլտրաձայնային վերաէսթերացման գործընթացի հիմնական առավելություններն են պենտաէրիթրիտոլի էսթերի ավելի բարձր ելքերը, ռեակցիայի կրճատված տևողությունը և զգալիորեն ավելի ցածր ռեակցիոն ջերմաստիճանները։ (հմմտ. Arumugam et al., 2019)

Ուլտրաձայնով ինտենսիվացված երկփուլ վերաէսթերացում՝ ռապսի յուղից պենտաէրիթրիտոլի էսթեր ստանալու համար։
(հարմարեցված ըստ Arumugam et al., 2019)

Պենտանալից ստացվող ացետալային էսթերներ՝ ուլտրաձայնային սինթեզի միջոցով

Կուռնիավանի հետազոտական խումբը սոնոքիմիական մեթոդով սինթեզել է պենտանալից ստացված երեք ացետալային էսթեր՝ կիրառելով կանաչ քիմիայի սկզբունքները։ Ուլտրաձայնային մշակումն օգտագործվել է երկու քիմիական փուլ խթանելու համար.

1. 9,10-դիհիդրօքսիօկտադեկանաթթվի էսթերիֆիկացում
2. Ալկիլ 9,10-դիհիդրօքսիօկտադեկանոատի ացետալացում

Ալկիլ 9,10-դիհիդրօքսիստեարատի էսթերների ստացման համար պահանջվում է երկու փուլ, և ստացվել են 67–85% ելքեր։ Արդյունավետությունը գնահատելու համար սոնոքիմիական մեթոդը համեմատվել է հետադարձ սառեցմամբ եռացման սովորական մեթոդի հետ։ Բացի այդ, տարբեր կատալիզատորների ազդեցությունն ու արդյունավետությունը որոշելու համար օգտագործվել են համասեռ և պինդ թթվային կատալիզատորներ, մասնավորապես՝ ծծմբական թթու (H2SO4), բնական բենտոնիտ և H-բենտոնիտ։ Պարզվել է, որ H-բենտոնիտով կատալիզվող թթվի սոնոքիմիական էսթերիֆիկացման դեպքում ստացվել են մինչև 70% ելքով արգասիքներ՝ հետադարձ սառեցմամբ եռացման մեթոդի համեմատ 3 անգամ ավելի կարճ ռեակցիայի տևողությամբ, ինչը ուշագրավ է։ H-բենտոնիտի առկայությամբ և ուլտրաձայնային մշակման կիրառմամբ n-պենտանալով ացետալացման վերջնական փուլում ստացվել են պենտանալից ածանցված դիօքսոլանի երեք ածանցյալներ՝ 69–85% ելքերով, որոնք ավելի բարձր են, քան սովորական մեթոդի դեպքում։ Հետադարձ սառեցմամբ եռացման մեթոդը պահանջել է ռեակցիայի ավելի երկար տևողություն, քան սոնոքիմիական մեթոդը, քանի որ ուլտրաձայնային սինթեզը պահանջել է ընդամենը 10–30min։ Ուլտրաձայնային մշակման պայմաններում ռեակցիայի զգալիորեն ավելի կարճ տևողությունից բացի, սոնոքիմիական մեթոդով ստացվել է յուրաքանչյուր էսթերի ուշագրավ ելք։
Հետազոտողը նաև հաշվարկել է, որ սոնոքիմիական ռեակցիայի էներգիայի պահանջը մոտավորապես 62 անգամ ավելի ցածր է, քան սովորական մեթոդի դեպքում։ Սա նվազեցնում է ծախսերը և էկոլոգիապես բարենպաստ է։
Յուրաքանչյուր արգասիքի ֆիզիկաքիմիական հատկությունների ուսումնասիրությունը ցույց է տվել, որ մեթիլ 8-(2-բուտիլ-5-օկտիլ-1,3-դիօքսոլան-4-իլ)օկտանոատը պոտենցիալ նոր կենսաքսանյութ է՝ սովորական քսանյութերին փոխարինելու գործառնական հնարավորություններով։ (cf. Kurniawan et al., 2021)

Պենտաէրիթրիլային էսթերների տրանսէսթերիֆիկացում ուլտրաձայնի կիրառմամբ

Պենտաէրիթրիլային էսթերներ կարելի է ստանալ բուսական յուղերից, օրինակ՝ արևածաղկի, կտավատի և յատրոֆայի յուղերից։ Հաշեմի հետազոտական խումբը ցուցադրել է կենսահիմքով քսանյութերի սինթեզը՝ հիմքով կատալիզվող հաջորդական տրանսէսթերիֆիկացումների միջոցով, որոնք ներառում են տրանսէսթերիֆիկացման երկու փուլ։ Նրանք ցուցադրել են սինթեզի իրագործելիությունը՝ օգտագործելով արևածաղկի, կտավատի և յատրոֆայի յուղեր։ Առաջին փուլում յուղերը փոխարկվել են համապատասխան մեթիլային էսթերների։ Երկրորդ գործընթացում պենտաէրիթրիտոլի ազդեցությամբ մեթիլային էսթերները փոխարկվել են պենտաէրիթրիլային էսթերների, ինչպես ցույց է տրված հետևյալ սխեմայում. (cf. Hashem et al., 2013)

Բուսական յուղը տրանսէսթերիֆիկացմամբ մեթիլային էսթերի փոխարկելուց հետո պենտաէրիթրիտոլի ազդեցությամբ մեթիլային էսթերները փոխարկվում են պենտաէրիթրիլային էսթերների, ինչպես ցույց է տրված վերևի սխեմայում։
(cf. Hashem et al., 2013)

Տրանսէսթերիֆիկացման ռեակցիան զգալիորեն խթանող ուլտրաձայնային մշակման ազդեցությունները գիտականորեն ապացուցված են և արդեն տասնամյակներ շարունակ կիրառվում են արդյունաբերության մեջ։ Ուլտրաձայնով բարելավված տրանսէսթերիֆիկացման ամենանշանավոր օրինակը յուղերի և ճարպերի փոխարկումն է ճարպաթթվի մեթիլային էսթերի (FAME), որը հայտնի է որպես կենսադիզել։
Կարդացե՛ք ավելին ուլտրաձայնի օժանդակությամբ (օգտագործված) յուղերի և ճարպերի՝ տրանսէսթերիֆիկացմամբ կենսադիզելի փոխարկման մասին։

Ուլտրաձայնային զոնդեր և ռեակտորներ տրանսէսթերիֆիկացման և այլ քիմիական սինթեզների համար

Hielscher Ultrasonics ընկերությունը ձեր մասնագիտացված գործընկերն է սոնոքիմիական ռեակցիաների համար նախատեսված կատարելագործված, բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնային սարքերի հարցերում։ Hielscher ընկերությունը նախագծում, արտադրում և մատակարարում է բարձր հզորությամբ ուլտրաձայնային սարքեր և ցանկացած չափի օժանդակ պարագաներ, օրինակ՝ զոնդեր (սոնոտրոդներ), ռեակտորներ և հոսքային բջիջներ՝ սարքավորումներով ապահովելով ինչպես քիմիական լաբորատորիաները, այնպես էլ արդյունաբերական մասշտաբի քիմիական արտադրամասերը։ Լաբորատոր կոմպակտ ուլտրաձայնային սարքերից մինչև արդյունաբերական ուլտրաձայնային զոնդեր և ռեակտորներ՝ Hielscher ընկերությունն ունի ձեր գործընթացի համար իդեալական ուլտրաձայնային համակարգը։ Մեր լավ պատրաստված աշխատակիցները, ունենալով երկարամյա փորձ այնպիսի կիրառություններում, ինչպիսիք են սոնոկատալիզը և սոնոսինթեզը, ձեզ կառաջարկեն ձեր պահանջներին առավել համապատասխան սարքակազմը։
Hielscher Ultrasonics ընկերությունն արտադրում է բարձր արդյունավետությամբ, շատ բարձր ամրությամբ ուլտրաձայնային համակարգեր, որոնք կարող են հաղորդել ինտենսիվ ուլտրաձայնային ալիքներ, քանի որ Hielscher ընկերության բոլոր արդյունաբերական ուլտրաձայնային սարքերը կարող են ապահովել շատ բարձր ամպլիտուդներ անընդհատ աշխատանքի ընթացքում (24/7)։ Այս ամուր ուլտրաձայնային համակարգերը գրեթե չեն պահանջում տեխնիկական սպասարկում և կառուցված են շարունակական աշխատանքի համար։ Սա Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային սարքավորումները դարձնում է հուսալի՝ խիստ պայմաններում ծանրաբեռնված կիրառությունների համար։ Հասանելի են նաև հատուկ սոնոտրոդներ՝ բարձր ջերմաստիճանների կամ խիստ ագրեսիվ քիմիական միջավայրերի համար։
Բարձրագույն որակ – նախագծված և արտադրված է Գերմանիայում․ Ամբողջ սարքավորումը նախագծվում և արտադրվում է Գերմանիայում գտնվող մեր գլխավոր կենտրոնում։ Հաճախորդին առաքելուց առաջ յուրաքանչյուր ուլտրաձայնային սարք մանրակրկիտ փորձարկվում է լրիվ բեռնվածության տակ։ Մենք ձգտում ենք ապահովել հաճախորդների գոհունակությունը, և մեր արտադրությունը կազմակերպված է այնպես, որ համապատասխանի որակի ապահովման բարձրագույն պահանջներին (օրինակ՝ ISO հավաստագրում)։

Ստորև բերված աղյուսակը պատկերացում է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մշակման մոտավոր արտադրողականության մասին․