Սապոնացում – Օճառի պատրաստման գործընթացը ուլտրաձայնային օգնությամբ

Սապոնացումը օճառի պատրաստման քիմիական գործընթացն է։ Դա այն ռեակցիան է, երբ ճարպերի կամ յուղերի հումքը (տրիգլիցերիդները) արձագանքում են ալկալային ռեակտիվին՝ օճառ առաջացնելու համար։ Ultrasonication-ը բարելավում է փուլային փոխանցման կատալիզը, ինչը հանգեցնում է ռեակցիայի արագության բարձրացման, ավելի ամբողջական փոխակերպման և խուսափում է բազային ռեակտիվների ավելորդ օգտագործումից, ինչպիսիք են կալիումի հիդրօքսիդը (KOH) կամ նատրիումի հիդրօքսիդը (NaOH): Ուլտրաձայնային նախաձեռնված ալկալային հիդրոլիզը հեշտությամբ կարող է իրականացվել առևտրային օճառի արտադրության մեջ: Ուլտրաձայնային ռեակտորները սապոնացման համար ավելի բարձր արդյունք են տալիս ավելի կարճ ժամանակում՝ առանց որևէ կատալիզատոր օգտագործելու կամ օգտագործվող կատալիզատորի քանակությունը նվազեցնելու:

Ուլտրաձայնային խթանված սապոնացում

Ուլտրաձայնային սապոնացման դեպքերի ուսումնասիրություն

Տարբեր հետազոտական հետազոտություններ ցույց են տվել, որ sonication-ը նպաստում է triglycerides-ի սապոնացմանը օճառի մեջ: Ուլտրաձայնային սապոնացումը արագացնում և մեծացնում է փոխակերպումը` միաժամանակ խնայելով կամ խուսափելով կատալիզատորի օգտագործումից: Սա ուլտրաձայնային սապոնացումը դարձնում է արտադրության բարձր արդյունավետ մեթոդ:

Առանց փուլային կատալիզատորի տրիգլիցերիդների ալկալային հիդրոլիզի ուլտրաձայնային մեկնարկը (սապոնացում)

Մերկանտիլի և այլք: (2013) ուսումնասիրել է ուլտրաձայնային ազդեցության ազդեցությունը տրիգլիցերիդների ալկալային հիդրոլիզի վրա, որը հայտնի է որպես սապոնացում: Նրանք արևածաղկի ձեթի ալկալային հիդրոլիզը սկսելու համար օգտագործել են սոնիկացիա: Որպես ալկալային հիմք օգտագործվել է կալիումի հիդրօքսիդ (KOH): Ցույց է տրվել, որ ուլտրաձայնը արդյունավետ է որպես էներգիայի աղբյուր՝ ռեակցիան սկսելու և մղելու համար, որ ռեակցիայի բարձր ելքը կարելի է ձեռք բերել միայն 15 րոպեի ընթացքում ընդհանուր էներգիայի կիրառման ընթացքում՝ շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանում աշխատելու ժամանակ, և որ հայտնաբերվող կողմնակի արտադրանքները չեն առաջանում: ռեակցիա. Ուլտրաձայնային լոգանքի և զոնդի տիպի ուլտրաձայնային սարքի համեմատությունը ցույց է տալիս, որ ուլտրաձայնային զոնդը լավագույն տեխնիկան է: Ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս, որ ուլտրաձայնային սապոնացումը լավ փոխակերպման արդյունք է տալիս՝ առանց ավելորդ ալկալիների կամ ֆազային փոխանցման կատալիզացիայի անհրաժեշտության:

Տրիացիլգլիցերինի ալկալային հիդրոլիզ

Ուլտրաձայնային խթանված փուլային փոխանցման ռեակցիա սապոնացման համար

Բհաթխանդե և այլք: (1998 թ.) ցույց է տվել, որ բուսական յուղերի, ինչպիսին է սոյայի յուղը, ձայնային ախտահանումը կարող է արդյունավետորեն սապոնացվել՝ օգտագործելով ջրային KOH և տարբեր PTC-ներ սենյակային ջերմաստիճանում: Սապոնացման աստիճանը ուսումնասիրվել է՝ օգտագործելով սապոնացման արժեքը որպես հղում: Տարբեր պարամետրերի օպտիմիզացումներ, ինչպիսիք են ժամանակը, փուլային փոխանցման կատալիզատորների ընտրությունը, օգտագործվող կատալիզատորի քանակը, KOH-ի քանակը և ջրի քանակը, իրականացվել են ձայնային ախտահանման և խառնման միջոցով: Ուլտրաձայնի ազդեցությունն ուսումնասիրելու համար սապոնացումն իրականացվել է նաև 35ºC-ում տարբեր պայմաններում՝ խառնելով, ձայնագրմամբ, խառնելով և լուծույթով և տաքացնելով 100ºC-ում: Պարզվել է, որ տարբեր բուսական յուղերի տարասեռ հեղուկ-հեղուկ փուլային սապոնացումը ջրային KOH/CTAB-ի միջոցով զգալիորեն արագացել է 35ºC-ում՝ ձայնային լուծույթով և խառնելով:

Բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային սարքեր

Hielscher Ultrasonics-ը մատակարարում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային սարքավորումներ լաբորատոր, փորձնական և արդյունաբերական արտադրության համար: Ուժեղ և հուսալի ուլտրաձայնային սարքերը օգտագործվում են տարբեր sonochemical ռեակցիաների, ինչպիսիք են saponification. Hielscher-ի զոնդային տիպի ուլտրաձայնային սարքերը կարող են օգտագործվել խմբաքանակային և ներկառուցված ռեժիմներում: Գործընթացի բոլոր կարևոր պարամետրերը – ամպլիտուդ, ճնշում, ջերմաստիճան – կարելի է ճշգրիտ վերահսկել և ապահովել վերարտադրելի արդյունքներ:
Թվային կառավարումը ավտոմատ կերպով գրանցում է գործընթացի պարամետրերը և պահում դրանք ինտեգրված SD-քարտի վրա: Նախնական կարգավորումները և բրաուզերի հեռակառավարումը դարձնում են ձայնագրման գործընթացը շատ պարզ և հարմար:
Շատ sonochemical ռեակցիաների համար որոշակի ջերմաստիճան պետք է պահպանվի, ուստի ջերմաստիճանի վերահսկումը կարևոր է: Hielscher-ի թվային ուլտրաձայնային սարքերը գալիս են թերմո-զույգով և ջերմաստիճանի վերահսկմամբ: Շերտավոր հոսքի բջիջը թույլ է տալիս ջերմության տարածում:
Hielscher-ի ուլտրաձայնային սարքավորումների ամրությունը թույլ է տալիս 24/7 աշխատել ծանր պարտականությունների ժամանակ և պահանջկոտ միջավայրերում:
Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման հզորությունը.

• Բհաթխանդե, Բ.Ս. Samant, Shriniwas D. (1998). Ուլտրաձայնային օգնությամբ PTC-ն կատալիզացնում է բուսական յուղերի սապոնացումը՝ օգտագործելով ջրային ալկալիներ: Ultrasonics Sonochemistry Vol. 5, Թողարկում 1, 1998. 7-12.
• Մերկանտիլի, Լաուրա; Սեյմուս, Ֆրենկ Դևիս; Higson, PJ (2014). Տրիգլիցերիդների ալկալային հիդրոլիզի ուլտրաձայնային մեկնարկը (սապոնացում) առանց փուլային կատալիզացման: Journal of Surfactant and Detergents Vol. 17, Issue 1, Jan 2014. 133-141.

Փաստեր, որոնք արժե իմանալ

Սոնոքիմիա

Հզոր ուլտրաձայնը կիրառվում է քիմիական պրոցեսների վրա, ինչպիսիք են սինթեզը և կատալիզը (կոչվում են նաև համապատասխանաբար սոնոսինթեզ և սոնո-կատալիզ), ռեակցիան սկսելու և ուժեղացնելու համար: Ուլտրաձայնային ճառագայթման տարբեր կիրառություններ օրգանական սինթեզի մեջ խորապես ուսումնասիրվել և մշակվել են արդյունաբերական արտադրության համար: Սոնոքիմիական բուժումը կարող է զգալիորեն ավելի մեղմ պայմաններում մեծացնել ռեակցիայի արագությունը, բերքատվությունը և ցանկալի արտադրանքի ընտրողականությունը: Սա ուլտրաձայնային բուժումը դարձնում է արդյունավետ և էկոլոգիապես մաքուր մշակման տեխնիկա: Ուլտրաձայնային օգնությամբ փուլային փոխանցման կատալիզը (PTC) ապացուցված է, որ օրգանական ռեակցիաների կտրուկ և արդյունավետ մեթոդ է, համեմատած նույն ռեակցիայի լռության պայմաններում: Օրինակ, Cannizarro ռեակցիան, որը կատալիզացվում է ուլտրաձայնային օգնությամբ ֆազային փոխանցման կատալիզով, զգալիորեն արագանում է, ինչը հանգեցնում է արագ փոխակերպման: Մեկ այլ նշանավոր օրինակ է տրիգլիցերիդների (այսինքն՝ բուսական յուղեր, կենդանական ճարպեր) և մեթանոլի տրանսեսթերիֆիկացումը՝ որպես կատալիզատորի և ուժային ուլտրաձայնային KOH-ի առկայության դեպքում: The ուլտրաձայնային transesterification զիջում է բարձրորակ բիոդիզել արտադրված արագ փոխակերպման եւ շատ արդյունավետ, տնտեսական գործընթացի.

Ուլտրաձայնային արդյունահանումը հիմնված է ակուստիկ կավիտացիայի և դրա հիդրոդինամիկ կտրվածքային ուժերի վրա

Սապոնացում

Սապոնացումը նկարագրում է օճառի առաջացման քիմիական ռեակցիան: Սապոնացման գործընթացում բուսական յուղերը կամ կենդանական ճարպերը վերածվում են ճարպաթթուների աղերի – «օճառ» – և գլիցերին, որը սպիրտ է։ Ռեակցիան պահանջում է ալկալային հիմքի (օրինակ՝ NaOH կամ KOH) լուծույթ ջրի մեջ և նաև ջերմություն՝ ռեակցիան սկսելու համար։
Սապոնացման ռեակցիայի քայլերը հետևյալն են.

1. Հիդրօքսիդի կողմից ճարպաթթուների եթերների նուկլեոֆիլ հարձակումը
2. Խմբի հեռացում
3. Դեպրոտոնացում

Սապոնացման ռեակցիան կոմերցիոնորեն օգտագործվում է օճառների և քսանյութերի արտադրության համար:
Մինչ նատրիումի հիդրօքսիդի կոշտ օճառը և կալիումի հիդրօքսիդի փափուկ օճառը օգտագործվում են ամենօրյա մաքրման համար, կան նաև հատուկ օճառներ, որոնք արտադրվում են այլ մետաղական հիդրօքսիդների միջոցով: Օրինակ, լիթիումի և կալցիումի օճառները օգտագործվում են որպես քսայուղեր: Այնտեղ կան նաեւ “բարդ օճառներ” բաղկացած մետաղական օճառների խառնուրդից։

հիդրոլիզ

Հիդրոլիզը ներառում է օրգանական քիմիական նյութի արձագանքը ջրի հետ երկու կամ ավելի նոր նյութերի ձևավորման համար և սովորաբար նշանակում է քիմիական կապերի խզում ջրի ավելացման միջոցով: Եթերները կարող են կրկին տրոհվել կարբոքսիլաթթվի և սպիրտի՝ ջրի և հիմքի հետ հակազդելու միջոցով: Օճառը ստացվում է ճարպի կամ յուղի եթերների հիդրոլիզից։

Ալկալային հիմք

Յուղերի և ճարպերի սապոնացման համար անհրաժեշտ են ալկալային բազային ռեակտիվներ (լայզ): Տրիգլիցերիդները փոխազդում են հիմքի հետ – նատրիումի կամ կալիումի հիդրօքսիդ – գլիցերին և ճարպաթթուների աղ, այսպես կոչված, «օճառ» արտադրելու համար: Կալիումի հիդրօքսիդը անօրգանական միացություն է KOH բանաձևով և սովորաբար կոչվում է կաուստիկ պոտաշ: Նատրիումի հիդրօքսիդը (NaOH) ևս մեկ նախատիպային ուժեղ հիմք է: Երբ օգտագործվում է նատրիումի հիդրօքսիդ, արտադրվում է կոշտ օճառ, մինչդեռ կալիումի հիդրօքսիդի օգտագործումը հանգեցնում է փափուկ օճառի:

Ռեակտիվ ընդդեմ ռեագենտ

Ռեակտիվը այն նյութն է, որն օգտագործվում կամ սպառվում է քիմիական ռեակցիայի ժամանակ: Ռեագենտի համեմատ, ռեակտիվը պահանջվում է ավելի մեծ քանակությամբ: Ռեակտիվը նյութ է, որն օգտագործվում է ռեակցիա սկսելու, ռեակցիան աջակցելու համար և սպառվում է ռեակցիայի մեջ՝ ի տարբերություն կատալիզատորների, որոնք չեն սպառվում ռեակցիայի ժամանակ։

Սապոնացում – Հաճախակի տրվող հարցեր

• Ո՞րն է սապոնացման գործընթացը: Սապոնացումը քիմիական գործընթաց է, երբ ճարպերը կամ յուղերը փոխազդում են ալկալիի (սովորաբար նատրիումի հիդրօքսիդի) հետ՝ արտադրելով օճառ և գլիցերին: Այս ռեակցիան ներառում է տրիգլիցերիդների հիդրոլիզը ճարպաթթուների աղերի և գլիցերինի մեջ:
• Ո՞ր տեսակի ռեակցիան է սապոնացումը: Սապոնացումը հիդրոլիզի ռեակցիայի տեսակ է, որտեղ ճարպերի կամ յուղերի էսթերային կապերը քայքայվում են ալկալիի կողմից:
• Ինչու է այն կոչվում սապոնացում: Այն անվանվել է իր վերջնական արտադրանքի՝ օճառի և տրիգլիցերիդներում էսթերային կապերի հիդրոլիզի միջոցով օճառ ստեղծելու ունակության համար:
• Ո՞րն է սապոնացման նպատակը: Առաջնային նպատակն է օճառ արտադրել՝ մակերեսային ակտիվ նյութ, որը լայնորեն օգտագործվում է մաքրման և լվացման համար:
• Արդյո՞ք սապոնացումը հիդրոլիզ է: Այո, սապոնացումը հիդրոլիզի հատուկ տեսակ է, որը ներառում է ճարպերի կամ յուղերի տարրալուծումը ալկալիի կողմից գլիցերինի և ճարպաթթուների աղերի (օճառի):
• Ո՞րն է սապոնացման մեխանիզմը: Այն ներառում է հիդրօքսիդի իոնների նուկլեոֆիլ հարձակումը էսթերային կապի կարբոնիլ ածխածնի վրա տրիգլիցերիդներում, ինչը հանգեցնում է ալկոհոլի (գլիցերին) և օճառի ձևավորմանը:
• Ինչու է խառնուրդը կարևոր սապոնացման համար: Արդյունավետ խառնումն ապահովում է ռեակտիվների միջև մանրակրկիտ շփումը՝ նպաստելով ավելի ամբողջական և միատեսակ ռեակցիային, ինչը կարևոր է օպտիմալ ելքի հասնելու համար: Hielscher ուլտրաձայնային խառնիչները կարող են ուժեղացնել այս գործընթացը ինտենսիվ կավիտացիայի և կտրող ուժերի միջոցով:
• Ո՞րն է սապոնացման օրինակը: Նատրիումի հիդրօքսիդը կոկոսի յուղի հետ խառնելը Hielscher ուլտրաձայնային ռեակտորի առկայության դեպքում օճառ և գլիցերին արտադրելու համար վկայում է սապոնացման մասին:
• Ո՞րն է սապոնացման հիմնական արտադրանքը: Հիմնական արտադրանքներն են օճառը (ճարպաթթուների նատրիումի կամ կալիումի աղերը) և գլիցերինը։
• Ինչու՞ է կարևոր սապոնացման արժեքը: Սապոնացման արժեքը ցույց է տալիս ալկալիի քանակությունը, որն անհրաժեշտ է որոշակի քանակությամբ ճարպի կամ յուղի սապոնացման համար՝ օգնելով որոշել դրա մեջ պարունակվող ճարպաթթուների մոլեկուլային քաշը:
• Արդյո՞ք սապոնացումը շրջելի է: Տիպիկ պայմաններում սապոնացումը շրջելի չէ առաջացած օճառի կայուն բնույթի պատճառով։
• Ո՞րն է սապոնացման հակառակը: Էսթերիֆիկացումը, որտեղ ջուրը և սպիրտները փոխազդում են կարբոքսիլաթթուների հետ՝ ձևավորելով եթերներ և ջուր, հակառակ գործընթացն է։
• Արդյո՞ք սապոնացումը ջերմություն է պահանջում: Թեև անհրաժեշտ չէ, ջերմությունը կարող է արագացնել սապոնացման գործընթացը՝ ավելացնելով մոլեկուլային շարժումը և ռեակցիայի արագությունը:
• Սապոնացումը էկզոթերմիկ է, թե՞ էնդոթերմիկ: Սապոնացումը էկզոտերմիկ ռեակցիա է, որն առաջ է գալիս ջերմություն:
• Սապոնացումը հիմնային է, թե թթվային: Դա հիմնական ռեակցիա է, քանի որ այն ներառում է հիմքի (ալկալիի) գործողություն էսթերի (ճարպ/յուղ) վրա։
• Ինչպե՞ս դադարեցնել սապոնացումը: Ալկալին չեզոքացնելու համար թթու ավելացնելը դադարեցնում է ռեակցիան՝ արդյունավետորեն դադարեցնելով սապոնացման գործընթացը:
• Ի՞նչ է տեղի ունենում սապոնացումից հետո: Ամբողջական ռեակցիայից հետո խառնուրդը սովորաբար բաղկացած է օճառից և գլիցերինից, որոնք կարող են զտվել կամ հետագա մշակվել՝ կախված նախատեսված կիրառությունից:
• Արդյո՞ք սապոնացումը բնական է: Այո, բնական սապոնացումը կարող է առաջանալ, երբ ճարպը շփվում է հողալկալիական մետաղների հետ որոշակի երկրաբանական միջավայրերում կամ երբ հին ժողովուրդները օճառ պատրաստելու ավանդական մեթոդներով կենդանական ճարպերը խառնում էին մոխրի հետ:
• Ինչու է ձիթապտղի յուղը օգտագործվում սապոնացման մեջ: Ձիթապտղի յուղը բարենպաստ է սապոնացման մեջ՝ օլեինաթթվի հարուստ պարունակության շնորհիվ, որը տալիս է մեղմ, խոնավեցնող օճառ՝ լավ մաքրող հատկություններով և կայուն փրփուրով:
• Ինչպե՞ս ճարպը վերածել օճառի. Ճարպերը վերածվում են օճառի սապոնացման միջոցով՝ տաքացնելով դրանք ուժեղ ալկալային լուծույթով, սովորաբար նատրիումի հիդրօքսիդով, որը քայքայում է ճարպը ճարպաթթուների աղերի (օճառի) և գլիցերինի։
• Ո՞ր յուղն ունի բարձր սապոնացման արժեք: Կոկոսի յուղն ունի բարձր սապոնացման արժեք, ինչը ցույց է տալիս ավելի փոքր ճարպաթթուների մոլեկուլների ավելի մեծ մասնաբաժինը, ինչը շատ ռեակտիվ է դարձնում ալկալիների հետ օճառ արտադրելու համար:
• Ի՞նչ է պատահում յուղերի հետ սապոնացման ժամանակ: Սապոնացման ժամանակ յուղերը ալկալիների կողմից հիդրոլիզվում են՝ վերածվելով գլիցերինի և ճարպաթթուների աղերի, վերջիններս կազմում են օճառը։
• Ո՞րն է օճառի համար լավագույն ճարպը: Ճարպը (տավարի ճարպը) և կոկոսի յուղը համարվում են օճառ պատրաստելու լավագույն ճարպերից մի քանիսը, քանի որ դրանց փրփրացող և կարծրացնող հատկությունները վերջնական օճառի արտադրանքում են:
• Ինչպե՞ս սապոնացնել յուղերը առանց լորենի: Ավանդական օճառագործության համար հնարավոր չէ սապոնացնող յուղեր առանց լորենի. Այնուամենայնիվ, օճառանման մաքրող միջոցները կարող են պատրաստվել լորձաթաղանթի վրա հիմնված սապոնացման փոխարեն՝ օգտագործելով մակերևութային ակտիվ նյութեր և էմուլգատորներ: