超音波支援触媒抽出

ヒールシャー超音波反応器は、触媒抽出処理(CEP)またはいわゆる相間移動抽出(PTE)を支援および改善するために多くの産業で使用されています。触媒抽出には、液-液や液-固などの不均一で非混和性の相系が含まれます。超音波高せん断力とキャビテーション力により、溶質の溶解速度が大幅に向上し、より迅速で完全な抽出が可能になります。さらに、この効果を使用して、使用する溶剤または酸の量を減らすことができます。実証済みの技術として、超音波支援抽出は、抽出時間の短縮と有機溶媒消費量の削減による環境に優しい抽出技術に対する需要の高まりにより、ますます使用されています。

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が焦点を当てられたときの液液または固液の分布を表します。したがって、液体または固体の希釈剤は、溶媒(液相)に分散/乳化する必要があります。用語によって “抽出剤” 溶媒中の活性物質のみが記載されています(すなわち、均質な「有機相」’ これは、抽出剤、希釈剤および/または調整剤を含む)これは、主に水性からの溶質の移動に関与しています。’ 「オーガニック」へ’ 位相。[IUPAC]。抽出される対象物質は抽出物と呼ばれます。
ソックスレー抽出、浸軟、マイクロ波、パーコレーション、還流および水蒸気蒸留下での抽出、またはターボ抽出などの従来の抽出方法は、多くの場合、遅くて非効率的であり、および/または大量の危険な溶媒を必要とするため、環境に有害なコストと時間のかかるプロセスになります。
超音波は、従来の抽出方法に代わる実証済みの代替手段であり、危険な溶媒が少なく、またはまったく使用せずに、より迅速で完全な抽出を提供します。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。

超音波支援触媒抽出の原理

物質の抽出のためには、抽出される物質がキャリア相から溶媒相に溶解できるように、非混和性相を混合する必要があります。最も一般的な相間移動抽出は、分散相から連続相に行われるため、液滴や粒子を溶媒中に均一に分散させる必要があります。
パワー超音波は、抽出プロセスにいくつかのプラスの効果をもたらすよく知られた混合および抽出技術です。

超音波抽出の利点:

• 境界レイヤーのブレーク
• ファン・デル・ワールスの力を克服する
• 不飽和液体を接触面に移動させる
• トランスファーエージェントの必要性を削減または排除
• 時間、温度、集中力を削減
• 完全な飽和に必要な量に比べて過剰が少ない
• 精製する量が少ない(例:蒸留、蒸発、乾燥による)
• 連続攪拌反応器なし(CSR)
• 電力の節約
• バッチ処理は行わないが、インライン処理
• 酸性度が低い、または安価な溶剤を使用してください
• 溶剤を避け、代わりに水性を使用してください
• 高固形分濃度または高粘度スラリーの処理
• グリーン加工: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してください
• 多段階の抽出プロセスを避ける

液液抽出

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方法です。超音波の使用は、溶質が高性能で2つの相間を移動する速度を向上させます 混合, 乳化そして 溶解!
液液抽出は、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す。液液抽出は、他の分離技術(蒸留など)が効果的でない場合によく使用されます。液液抽出は医薬品で使用されます & 化粧品(活性化合物、API、香料)、食品および農業産業、有機および無機化学、石油化学産業、湿式製錬用。

問題： 一般的な問題は、液相の不混和性(溶媒と希釈剤は非混和性)であるため、適切な混合方法が必要であることです。両方の液相を均一に混合すると、希釈剤と溶媒間の相移動が促進されるため、信頼性の高い分散または乳化方法が重要です。混合物が細かく、両方の相間の接触面積が大きいほど、溶解剤は1つの液相から別の液相にうまく移動できます。従来の抽出プロセスでは、物質移動の促進がほとんどないため、抽出プロセスが遅く、不完全であることがよくあります。抽出を改善するために、多くの場合、過剰な量の溶媒が使用されるため、プロセスは高価で環境汚染になります。
 

 
解決： 超音波液液抽出は、さまざまな点で従来の液液抽出技術に優れています。
パワー超音波は、信頼性が高く、簡単に一緒に2つ以上の液相を混合します。超音波処理により、液滴をナノサイズに縮小することができますので、微細な マイクロエマルジョンとナノエマルジョン が得られます。これにより、生成され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ます。超音波処理は連続インラインシステムで実行できるため、 大量 そして 高粘度の液体 問題なくお取り扱いいただけます。
しかし、例えば分析目的のマイクロ抽出も、超音波処理によっても改善することができます(例えば、超音波乳化によるイオン液体ベースのマイクロ抽出)。

超音波抽出の利点:
強力な超音波力 – 低周波/高出力超音波で生成 – に役立ちます

• 液滴の形状を変更する
• エマルジョン転写剤や両性触媒は避けてください。
• 洗剤や界面活性剤の使用は避けてください
• 両生類のカタルスト、洗剤、界面活性剤は避けてください
• 界面活性剤層のない乱流不安定エマルジョンを生成

超音波による固液抽出の改良

固液抽出または固相抽出(SPE)の目標は、液体混合物に溶解または懸濁した分析物を分離し、物理的および化学的特性に従ってマトリックスから分離することです。したがって、分離物は、適切な溶媒の助けを借りてソルベンから溶出されます。抽出された物質は溶出と呼ばれます。
従来のSPE技術は、マセラシオン、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/ターボ抽出です。固液抽出は、生物学、化学、食品、医薬品、化粧品業界において、化合物を分離するための一般的な手順です。金属の抽出は浸出としても知られています。
問題： 従来のSPE技術は時間がかかることで知られており、そのほとんどが環境に有害で汚染をもたらす比較的大量の溶剤を必要とします。プロセス温度が高いと、熱に敏感な抽出物が破壊される可能性さえあります。
解決： 超音波支援固液抽出により、従来のSPEの一般的な問題は通常克服できます。超音波処理は溶媒相中の固体の微細な分布を提供するので、より大きな界面境界が利用可能であり、その結果、標的物質の溶媒への物質移動が改善される。これにより、より迅速かつ完全な抽出が可能になり、溶媒の使用量が減少するか、完全に回避されます(代わりに液相として水を使用してください)。パワー超音波の適用により、固相抽出をより効率的、経済的、そして環境にやさしい方法で行うことができます。汚染または危険な溶媒の減少または回避により、超音波抽出は環境にやさしいと考えることができます グリーンプロセス.経済的には、エネルギー、溶剤、および時間の節約により、プロセスコストが削減されます。

超音波溶媒抽出

溶媒抽出の場合、溶媒(有機溶媒など)を使用して、化合物を別の液体(水相など)に溶解および分離します。一般に、極性が高い溶質は極性が高い溶媒に溶解し、極性の低い溶質は極性の低い溶媒に溶解します。溶媒抽出を用いると、アセトニトリルまたは他の極性溶媒を用いて、酸化チオフェン(スルホキシド、スルホン)を油相から分離することが可能です。溶媒抽出は、ウラン、プルトニウム、トリウムなどの材料を酸性溶液から有機リン酸塩に抽出するためにも使用されます。N-リン酸ブチル(PUREXプロセス)。
溶剤の使用量を減らす: 超音波を使用すると、プロセスでの溶剤の使用が最小限に抑えられ、溶剤中の製品負荷が最適化されます。また、より迅速で完全な抽出にもつながります。
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超音波支援ソックスレー抽出

ソックスレー抽出は、合成および分析ラボで頻繁に使用される固液抽出技術です。ソックスレー抽出は、主に、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不溶である場合に適用されます。
超音波はソックスレー抽出と非常にうまく組み合わせることができ、その結果、収率が向上し、抽出時間が短縮されます。
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超音波処理を使用した溶融物での抽出

液液抽出は、一方または両方の液相が溶融塩や水銀などの溶融金属などの溶融物である混合物で実行できます。超音波フローセル反応器での強力なインライン超音波処理により、溶融物などの高粘度の液体でも処理できます。

超音波アシスト浸出

浸出とは、酸、溶媒、または温水を使用して、不活性な不溶性固体担体から溶質を選択的に溶解することを指します。浸出は、鉱石から金属を抽出するために鉱業でよく使用されます。
超音波浸出の利点:

• 多孔質材料の小さな開口部を洗浄します
• メンブレンの選択性を克服する
• 固体を破壊し、固体を剥離および解凝集します
• パッシブレイヤーの削除
• 酸化膜の除去
• 特に表面張力の高い液体の場合は、すべての材料表面を濡らします
• せん断減粘

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あらゆる生産量に対応するヒールシャーソニケーター

ラボ、ベンチトップ、生産規模での超音波処理:すべてのヒールシャー超音波装置は、24時間/ 7日を実行するように構築されており、超音波ラボのホモジナイザーでもバッチモードまたはフロースルーモードで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、工業グレードで設計および製造されているため、大量および高粘度を問題なく処理できます – 高圧や高温などの厳しい条件下でも(例えば、超臨界CO2との組み合わせ、押出プロセスなど)。ヒールシャーの堅牢な超音波装置は、溶剤、研磨液、および腐食性物質を扱うことができます。適切なアクセサリにより、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。危険な環境での設置用、ATEXまたはFM定格 防爆超音波システム が利用可能です。
これにより、ヒールシャーの堅牢で強力な超音波処理器と幅広いアクセサリにより、熱水/液体、酸、金属溶融物、塩溶融物、溶剤(メタノール、ヘキサン、有機、極性溶剤、アセトニトリルなど)などの材料を超音波処理することができます。

フローチャート:超音波相移動抽出の段階