超音波アシスト触媒抽出

Hielscher社製超音波リアクターは、触媒抽出処理（CEP）またはいわゆる相間移動抽出（PTE）を支援し、改善するために多くの産業で使用されています。触媒抽出は、液-液または液-固のような不均一な非混和相系を伴います。超音波の高せん断力とキャビテーション力は、溶質の溶解速度を著しく向上させ、より迅速で完全な抽出につながる。さらに、この効果を利用して溶媒や酸の使用量を減らすこともできる。実績のある技術として、超音波アシスト抽出は、抽出時間の短縮や有機溶媒の消費量の削減など、環境に優しい抽出技術への需要の高まりにより、ますます使用されるようになっています。

触媒抽出／相間移動抽出 – 基礎

用語 “触媒抽出処理（CEP）または相間移動抽出（PTE）は、分析物の抽出と除去に焦点を当てた場合の液-液または固-液分配を説明します。したがって、液体または固体の希釈剤は、溶媒（液相）中に分散/乳化されなければならない。用語 “抽出剤” 溶媒中の活性物質のみを記述する（すなわち、均質な "有機相’ 抽出剤、希釈剤、および／または改質剤から構成される）。’ オーガニック’ フェーズ。[IUPAC]。抽出された対象物質はエキスと呼ばれる。
ソックスレー抽出、浸漬、マイクロウェーブ、パーコレーション、還流下抽出、水蒸気蒸留、ターボ抽出などの従来の抽出法は、しばしば時間がかかり非効率的である。
超音波は、従来の抽出方法に代わる実証済みの方法であり、有害な溶媒を使用せず、より迅速かつ完全な抽出を実現します！超音波は、環境に優しく、環境に優しい処理のための強力な技術です。

超音波アシスト触媒抽出の原理

物質を抽出するためには、抽出される物質がキャリア相から溶媒相に溶解するように、非混和性相を混合しなければならない。最も一般的な相間移動抽出は、分散相から連続相へと行われるため、液滴や粒子を溶媒中に均一に分散させる必要がある。
パワー超音波はよく知られた混合・抽出技術であり、抽出プロセスにいくつかのプラスの効果をもたらす：

超音波抽出の利点：

• 境界層の破壊
• ファンデルワールス力に打ち勝つ
• 不飽和液体を接触面に移動させる
• 証券代行業者の必要性を削減または排除する
• 時間、温度、濃度を下げる
• 完全飽和に必要な量に比べ、余剰が少ない
• 蒸留、蒸発、乾燥などによる）精製量が少ない。
• 連続攪拌反応器（CSR）なし
• セーブパワー
• バッチ処理ではなく、インライン処理
• 酸性の少ない、または安価な溶剤を使用する
• 溶剤を避け、代わりに水溶液を使用する
• 高固形分濃度または高粘度スラリーの処理
• グリーンプロセス：環境にやさしい
• リンゴ酸やクエン酸などの有機酸を使用する。
• 多段階抽出プロセスを避ける

液体-液体抽出

従来のプロセス： 液液抽出は、2つの異なる非混和性液相における物質の相対溶解度に基づいて、ある液相から別の液相に物質を抽出する分配法である。超音波の使用により、溶質が二相間を移動する速度が向上する。 ミキシング, 乳化そして 溶解!
液液抽出とは、有機溶媒を用いて水溶液から貴重な成分を分離・濃縮する分離技術である。液液抽出は、他の分離技術（例えば蒸留）が有効でない場合に適用されることが多い。液-液抽出は、製薬会社や医薬品メーカーで使用されています。 & 化粧品（活性化合物、原薬、香料）、食品・農業、有機・無機化学、石油化学、湿式冶金。

問題だ： 一般的な問題は、液相の不混和性（溶媒と希釈剤が混和しない）であり、適切な混合方法が必要となる。両液相の均一な混合は希釈剤と溶媒間の相間移動を促進するため、信頼性の高い分散または乳化方法が重要である。混合物が細かく、両相の接触面積が高いほど、溶媒は一方の液相から他方の液相へ移動しやすくなる。従来の抽出プロセスでは、物質移動の促進が不十分なため、抽出に時間がかかり、不完全な場合が多い。抽出を改善するために、しばしば過剰な量の溶媒が使用される。
 

 
解決策 超音波液液抽出は、様々な点で従来の液液抽出技術より優れている：
パワー超音波は、2つ以上の液相を確実かつ容易に混合する。超音波処理により、液滴をナノサイズまで小さくすることができる。 マイクロ・エマルションとナノ・エマルション が得られる。これにより、発生したキャビテーション力により液相間の物質移動が促進される。超音波処理は、連続的なインラインシステムで行うことができます、 大量 そして 高粘性液体 は問題なく処理できる。
しかし、例えば分析目的の微量抽出も、超音波処理によって改善することができる（例えば、超音波乳化によるイオン液体ベースの微量抽出）。

超音波抽出の利点：
強力な超音波力 – 低周波/高出力超音波によって発生する – に役立つ。

• 液滴の形を変える
• 乳化剤や両親媒性触媒を避ける
• 洗剤や界面活性剤の使用を避ける
• 両親媒性触媒、洗剤、界面活性剤は避ける。
• 界面活性剤層のない乱流不安定エマルションの生成

超音波による固液抽出の改善

固液抽出または固相抽出（SPE）の目的は、液体混合物中に溶解または懸濁している分析対象物を分離し、その物理的および化学的性質に従ってマトリックスから分離することである。そのため、適切な溶媒の助けを借りて、分離された物質を吸着剤から溶出させる。抽出された物質は溶出液と呼ばれる。
従来のSPE技術は、浸漬、ソックスレー抽出、パーコレーション、還流と水蒸気蒸留の組み合わせ、または高速混合/ターボ抽出である。固液抽出は、生物学、化学、食品、製薬、化粧品業界で化合物を分離するための一般的な手順である。金属の抽出は浸出としても知られている。
問題だ： 従来のSPE技術は、時間がかかり、環境に有害で汚染を引き起こす溶媒を比較的大量に必要とすることで知られている。高い処理温度は、熱に敏感な抽出物の破壊につながることさえある。
解決策 超音波アシスト固液抽出では、従来のSPEに共通する問題を通常克服することができる。超音波処理により溶媒相に固体が微細に分布するため、界面境界が広くなり、目的物質の溶媒への物質移動が改善されます。その結果、溶媒の使用を減らすか完全に避ける（代わりに水を液相として使用する）一方で、より迅速で完全な抽出が可能になります。パワー超音波の応用により、固相抽出はより効率的に、経済的に、そして環境に優しく行うことができる。汚染溶媒や有害溶媒の使用量を削減または回避できるため、超音波抽出は環境に優しいと考えることができる。 グリーンプロセス.経済的には、エネルギー、溶剤、時間の節約により、プロセスコストが削減される。

超音波溶媒抽出

溶媒抽出の場合、溶媒（有機溶媒など）を用いて化合物を溶解し、別の液体（水相など）から分離する。一般に、極性の高い溶質は極性の高い溶媒に溶解し、極性の低い溶質は極性の低い溶媒に溶解する。溶媒抽出では、アセトニトリルなどの極性溶媒を用いて、油相から酸化チオフェン（スルホキシド、スルホン）を分離することができる。溶媒抽出はまた、ウラン、プルトニウム、トリウムなどの物質を酸溶液から有機リン酸トリウムに抽出するのにも使われる。N-リン酸ブチル（PUREXプロセス）。
溶剤の使用を減らす： 超音波の使用は、プロセスにおける溶媒の使用を最小限に抑え、溶媒中の製品負荷を最適化する。また、より迅速で完全な抽出につながります。
超音波アシスト酸化的脱硫についての詳細はこちらをご覧ください！

超音波アシストソックスレー抽出

ソックスレー抽出は、合成や分析の実験室で頻繁に使用される固液抽出技術である。ソックスレー抽出は主に、ある物質が溶媒に限られた溶解度しか持たず、不純物がその溶媒に溶けない場合に適用される。
超音波はソックスレー抽出とうまく組み合わせることができ、収率の向上と抽出時間の短縮につながる。
超音波アシストソックスレー抽出についての詳細はこちらをご覧ください！

ソニケーションを用いたメルト中の抽出

液体-液体抽出は、溶融塩や水銀のような溶融金属のような、一方または両方の液相が融液である混合液で行うことができます。超音波フローセルリアクターの強力なインライン超音波処理により、融液のような粘度の高い液体でも処理することができます。

超音波浸出

浸出とは、不活性な不溶性固体担体から溶質を選択的に溶解させるために、酸、溶媒または熱水を使用することを指す。浸出は鉱業において、鉱石から金属を抽出するためによく用いられる。
超音波浸出の利点

• 多孔質材料の小さな開口部を洗浄する
• 膜の選択性を克服する
• 固形物を破壊し、剥離し、凝集を除去する。
• パッシブ・レイヤーを取り除く
• 酸化膜除去
• 特に表面張力の高い液体では、あらゆる素材の表面を濡らす。
• せん断減肉

超音波浸出について詳しくはこちらをご覧ください！

あらゆる生産量に対応するHielscherソニケーター

ラボ、ベンチトップ、生産スケールでの超音波処理：超音波ホモジナイザーは、バッチ式でもフロースルー式でも、かなりの量を処理することができます。ベンチトップおよび工業用超音波装置は、工業用グレードで設計・製造されており、大量かつ高粘度でも問題なく処理できます。 – 高圧、高温（超臨界CO2との組み合わせ、押出工程など）のような厳しい条件下でも。Hielscherの堅牢な超音波装置は、溶剤、研磨剤、腐食性液体を扱うことができます。適切なアクセサリーを使用することで、超音波システムを抽出プロセスの要件に最適に適合させることができます。危険な環境に設置する場合は、ATEXまたはFM規格に準拠しています。 防爆超音波システム が利用できる。
このように、Hielscherの堅牢で強力なソニケーターと幅広いアクセサリーは、温水/液体、酸、金属溶融物、塩溶融物、溶媒（メタノール、ヘキサン、アセトニトリルなどの有機極性溶媒）などの材料の超音波処理を可能にします。

フローチャート超音波相間移動抽出の段階