Ekstraksi Katalitik Berbantuan Ultrasonik

Reaktor ultrasonik Hielscher digunakan di berbagai industri untuk membantu dan meningkatkan pemrosesan ekstraksi katalitik (CEP) atau yang disebut ekstraksi transfer fase (PTE). Ekstraksi katalitik melibatkan sistem fase heterogen yang tidak saling bercampur, seperti cair-cair atau cair-padat. Gaya geser tinggi dan gaya kavitasi ultrasonik meningkatkan laju pelarutan zat terlarut secara signifikan sehingga menghasilkan ekstraksi yang lebih cepat dan lebih tuntas. Selain itu, efek ini dapat digunakan untuk mengurangi jumlah pelarut atau asam yang digunakan. Sebagai teknik yang telah terbukti, ekstraksi berbantuan ultrasonik semakin banyak digunakan karena meningkatnya permintaan akan teknik ekstraksi ramah lingkungan dengan waktu ekstraksi yang lebih singkat dan konsumsi pelarut organik yang lebih rendah.

Ekstraksi Katalitik/Ekstraksi Transfer Fase – Dasar-Dasar

Istilah “Pemrosesan Ekstraksi Katalitik (CEP) atau Ekstraksi Transfer Fase (PTE)” menjelaskan distribusi cair-cair atau padat-cair yang berfokus pada ekstraksi dan penghilangan analit. Oleh karena itu, pengencer cair atau padat harus didispersikan/diemulsikan ke dalam pelarut (fase cair). Istilah “ekstraktan” hanya mengacu pada zat aktif dalam pelarut (yaitu ‘fase organik’ homogen yang terdiri atas ekstraktan, pengencer dan/atau pemodifikasi) yang terutama bertanggung jawab atas perpindahan zat terlarut dari fase ‘berair’ ke fase ‘organik’. [IUPAC]. Materi target yang diekstraksi disebut ekstrak.
Metode ekstraksi tradisional seperti ekstraksi Soxhlet, maserasi, gelombang mikro, perkolasi, ekstraksi dengan refluks dan distilasi uap, atau ekstraksi turbo sering kali lambat dan tidak efisien dan/atau memerlukan pelarut berbahaya dalam jumlah besar sehingga menghasilkan proses yang mahal, memakan waktu, dan merusak lingkungan.
Ultrasonik merupakan alternatif yang telah terbukti untuk metode ekstraksi konvensional, yang menghasilkan ekstraksi lebih cepat dan lebih tuntas dengan lebih sedikit pelarut berbahaya atau tanpa pelarut berbahaya sama sekali! Ultrasonik merupakan teknik yang ampuh untuk pemrosesan hijau yang ramah lingkungan.

Prinsip Ekstraksi Katalitik Berbantuan Ultrasonik

Untuk mengekstraksi suatu zat, fase-fase yang tidak saling bercampur harus dicampurkan agar zat yang akan diekstraksi dapat dilarutkan dari fase pembawa ke dalam fase pelarut. Ekstraksi transfer fase paling sering dilakukan dari fase terdispersi ke fase kontinu, yang berarti tetesan dan partikel perlu didispersikan secara homogen ke dalam pelarut.
Ultrasonik berdaya tinggi merupakan teknologi pencampuran dan ekstraksi yang dikenal luas dan memiliki beberapa efek positif pada proses ekstraksi:

Manfaat Ekstraksi Ultrasonik:

• memecah lapisan batas
• mengatasi gaya van der Waals
• memindahkan cairan tak jenuh ke permukaan kontak
• mengurangi atau menghilangkan kebutuhan akan agen transfer
• mengurangi waktu, suhu dan/atau konsentrasi
• lebih sedikit kelebihan dibandingkan dengan volume yang diperlukan untuk kejenuhan penuh
• lebih sedikit volume yang perlu dimurnikan (misalnya melalui distilasi, evaporasi, pengeringan)
• tanpa reaktor berpengaduk kontinu (CSR)
• menghemat daya
• pemrosesan inline, bukan secara batch
• menggunakan pelarut yang kurang asam atau lebih murah
• menghindari pelarut, menggunakan media berair sebagai gantinya
• memproses konsentrasi padatan tinggi atau bubur dengan viskositas tinggi
• pemrosesan hijau: ramah lingkungan
• menggunakan asam organik, seperti asam malat atau asam sitrat
• menghindari proses ekstraksi multitahap

Ekstraksi Cair-Cair

Proses Konvensional: Ekstraksi cair-cair merupakan metode partisi untuk mengekstraksi zat dari satu fase cair ke fase cair lainnya berdasarkan kelarutan relatif zat tersebut dalam dua fase cair berbeda yang tidak saling bercampur. Penggunaan ultrasonik meningkatkan laju perpindahan zat terlarut antara kedua fase melalui proses berkinerja tinggi berupa pencampuran, pengemulsian, dan pelarutan!
Ekstraksi cair-cair merupakan teknik pemisahan untuk mengisolasi dan memekatkan komponen berharga dari larutan berair menggunakan pelarut organik. Ekstraksi cair-cair sering diterapkan ketika teknik pemisahan lain (misalnya distilasi) tidak efektif. Ekstraksi cair-cair digunakan dalam industri farmasi & kosmetik (senyawa aktif, API, bahan pewangi), serta industri pangan dan pertanian, untuk kimia organik dan anorganik, industri petrokimia, dan hidrometalurgi.

Masalah: Masalah yang umum adalah fase-fase cair tidak saling bercampur (pelarut dan pengencer tidak saling bercampur), sehingga diperlukan metode pencampuran yang tepat. Karena pencampuran merata kedua fase cair mendorong transfer fase antara pengencer dan pelarut, metode pendispersian atau pengemulsian yang andal sangat penting. Semakin halus campuran dan semakin luas area kontak antara kedua fase, semakin baik pelarut dapat berpindah dari satu fase cair ke fase cair lainnya. Proses ekstraksi konvensional umumnya kurang mendorong perpindahan massa sehingga proses ekstraksi berlangsung lambat dan sering kali tidak tuntas. Untuk meningkatkan ekstraksi, pelarut sering digunakan dalam jumlah berlebihan, yang menjadikan proses mahal dan mencemari lingkungan.
 

 
Solusi: Ekstraksi Cair-Cair Ultrasonik mengungguli teknik ekstraksi cair-cair tradisional dalam berbagai aspek:
Ultrasonik berdaya tinggi mencampurkan dua fase cair atau lebih secara andal dan mudah. Melalui ultrasonikasi, tetesan dapat diperkecil hingga ukuran nano sehingga mikroemulsi dan nanoemulsi yang halus diperoleh. Dengan demikian, gaya kavitasi yang dihasilkan mendorong perpindahan massa antara fase-fase cair. Karena sonikasi dapat dijalankan dalam sistem inline kontinu, volume besar dan cairan yang sangat kental dapat ditangani tanpa masalah.
Ekstraksi mikro, misalnya untuk keperluan analitis, juga dapat ditingkatkan melalui sonikasi (misalnya ekstraksi mikro berbasis cairan ionik dengan pengemulsian ultrasonik).

Manfaat Ekstraksi Ultrasonik:
Gaya ultrasonik yang kuat – dihasilkan oleh ultrasonik berfrekuensi rendah/berdaya tinggi – membantu untuk

• mengubah bentuk tetesan
• menghindari agen transfer emulsi atau katalis amfifilik
• menghindari penggunaan detergen atau surfaktan
• menghindari katalis amfifilik, detergen atau surfaktan
• menghasilkan emulsi turbulen yang tidak stabil tanpa lapisan surfaktan

Ekstraksi Padat-Cair yang Ditingkatkan dengan Ultrasonik

Tujuan ekstraksi padat-cair atau ekstraksi fase padat (SPE) adalah memisahkan analit yang terlarut atau tersuspensi dalam campuran cair, serta mengisolasinya dari suatu matriks berdasarkan sifat fisik dan kimianya. Oleh karena itu, isolat dielusi dari sorben dengan bantuan pelarut yang sesuai. Zat yang diekstraksi disebut eluat.
Teknik SPE konvensional meliputi maserasi, ekstraksi Soxhlet, perkolasi, kombinasi refluks dan distilasi uap, atau pencampuran berkecepatan tinggi/ekstraksi turbo. Ekstraksi padat-cair merupakan prosedur umum untuk memisahkan senyawa dalam biologi, kimia, serta industri pangan, farmasi, dan kosmetik. Ekstraksi logam juga dikenal sebagai pelindian.
Masalah: Teknik SPE konvensional dikenal memakan waktu dan memerlukan pelarut dalam jumlah relatif besar yang sebagian besar berbahaya bagi lingkungan dan mencemarinya. Suhu proses yang tinggi bahkan dapat menyebabkan kerusakan ekstrak yang sensitif terhadap panas.
Solusi: Dengan ekstraksi padat-cair berbantuan ultrasonik, masalah umum SPE tradisional biasanya dapat diatasi. Karena sonikasi menghasilkan distribusi padatan yang halus dalam fase pelarut, tersedia batas antarmuka yang lebih luas sehingga perpindahan massa zat target ke dalam pelarut meningkat. Hal ini menghasilkan ekstraksi yang lebih cepat dan lebih tuntas sekaligus mengurangi atau sepenuhnya menghindari penggunaan pelarut (gunakan air sebagai fase cair sebagai gantinya). Dengan penerapan ultrasonik berdaya tinggi, ekstraksi fase padat dapat dilakukan secara lebih efisien, ekonomis, dan ramah lingkungan. Karena penggunaan pelarut yang mencemari atau berbahaya dikurangi atau dihindari, ekstraksi ultrasonik dapat dianggap sebagai proses hijau yang ramah lingkungan. Secara ekonomis, biaya proses berkurang berkat penghematan energi, pelarut, dan waktu.

Ekstraksi Pelarut Ultrasonik

Dalam ekstraksi pelarut, suatu pelarut (misalnya pelarut organik) digunakan untuk melarutkan dan memisahkan senyawa dari cairan lain (misalnya fase berair). Secara umum, zat terlarut yang lebih polar larut dalam pelarut yang lebih polar, dan zat terlarut yang kurang polar larut dalam pelarut yang kurang polar. Dengan ekstraksi pelarut, tiofena teroksidasi (sulfoksida, sulfon) dapat dipisahkan dari fase minyak menggunakan asetonitril atau pelarut polar lainnya. Ekstraksi pelarut juga digunakan untuk mengekstraksi bahan, seperti uranium, plutonium, atau torium dari larutan asam ke dalam organofosfat tri-n-butil fosfat (proses PUREX).
Kurangi penggunaan pelarut Anda: Penggunaan ultrasonik meminimalkan penggunaan pelarut dalam proses dan mengoptimalkan muatan produk dalam pelarut. Hal ini juga menghasilkan ekstraksi yang lebih cepat dan lebih tuntas.
Klik di sini untuk membaca lebih lanjut tentang Desulfurisasi Oksidatif Berbantuan Ultrasonik!

Ekstraksi Soxhlet Berbantuan Ultrasonik

Ekstraksi Soxhlet merupakan teknik ekstraksi padat-cair yang sering digunakan di laboratorium sintesis dan analisis. Ekstraksi Soxhlet terutama diterapkan ketika suatu zat hanya memiliki kelarutan terbatas dalam pelarut, sementara pengotornya tidak larut dalam pelarut tersebut.
Ultrasonik dapat dikombinasikan dengan ekstraksi Soxhlet dengan sangat baik, sehingga menghasilkan rendemen yang lebih tinggi dan waktu ekstraksi yang lebih singkat.
Silakan klik di sini untuk mempelajari lebih lanjut tentang ekstraksi Soxhlet berbantuan ultrasonik!

Ekstraksi dalam Lelehan Menggunakan Sonikasi

Ekstraksi cair-cair dapat dilakukan dalam campuran yang salah satu atau kedua fase cairnya berupa lelehan, seperti garam cair atau logam cair, misalnya merkuri. Sonikasi inline berdaya tinggi dalam reaktor sel alir ultrasonik memungkinkan pemrosesan bahkan untuk cairan dengan viskositas tinggi seperti lelehan.

Pelindian Berbantuan Ultrasonik

Pelindian menjelaskan penggunaan asam, pelarut, atau air panas untuk melarutkan secara selektif suatu zat terlarut dari pembawa padat inert yang tidak larut. Pelindian sering digunakan dalam pertambangan untuk mengekstraksi logam dari bijih.
Manfaat Pelindian Ultrasonik:

• mencuci lubang-lubang kecil pada bahan berpori
• mengatasi selektivitas membran
• menghancurkan padatan, melakukan delaminasi dan deaglomerasi padatan
• menghilangkan lapisan pasif
• penghilangan lapisan oksida
• membasahi seluruh permukaan bahan, khususnya untuk cairan dengan tegangan permukaan tinggi
• penipisan akibat geser

Klik di sini untuk mempelajari lebih lanjut tentang pelindian ultrasonik!

Sonikator Hielscher untuk Segala Volume Produksi

Sonikasi pada skala laboratorium, meja, dan produksi: Semua perangkat ultrasonik Hielscher dibuat untuk beroperasi 24h/7d; bahkan homogenizer ultrasonik laboratorium dapat memproses volume yang cukup besar, baik dalam mode batch maupun aliran tembus. Ultrasonikator meja dan industri dirancang dan dibuat dengan standar industri sehingga volume besar dan viskositas tinggi dapat diproses tanpa masalah – bahkan dalam kondisi berat seperti tekanan tinggi dan suhu tinggi (misalnya dalam kombinasi dengan CO2 superkritis, untuk proses ekstrusi, dan sebagainya). Ultrasonikator Hielscher yang tangguh mampu menangani pelarut, cairan abrasif, dan bahan korosif. Aksesori yang sesuai memungkinkan sistem ultrasonik disesuaikan secara optimal dengan persyaratan proses ekstraksi. Untuk pemasangan di lingkungan berbahaya, sistem ultrasonik tahan ledakan dengan klasifikasi ATEX atau FM tersedia.
Dengan demikian, sonikator Hielscher yang tangguh dan berdaya tinggi serta beragam aksesori memungkinkan sonikasi bahan seperti air/cairan panas, asam, lelehan logam, lelehan garam, pelarut (misalnya metanol, heksana; pelarut organik, pelarut polar seperti asetonitril).

Diagram alir: Tahapan ekstraksi transfer fase ultrasonik