პოლიოლების სინთეზი ულტრაბგერითი ტრანსესტერიფიკაციის გზით

პოლიოლები არის სინთეზური ეთერები, რომლებიც ძირითადად მცენარეული ზეთების ან ცხოველური ცხიმების ტრიგლიცერიდების ტრანსეთერიფიკაციის გზით მიიღება. ეს პოლიოლები არის საწყისი მასალა პოლიურეთანების, ბიოზეთებისა და სხვა ქიმიკატების წარმოებისთვის. ულტრაბგერითი დამუშავება გამოიყენება ტრანსეთერიფიკაციის რეაქციების გასაძლიერებლად ინტენსიური ძვრის ძალებისა და თერმული ენერგიის გამოყენებით. ულტრაბგერა და მისი სონოქიმიური ეფექტები აწვდიან რეაქციულ ენერგიას და ეხმარებიან მასათა გადატანის შეზღუდვების დაძლევას. ამრიგად, ულტრაბგერითი დამუშავება მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს ტრანსეთერიფიკაციის სიჩქარეს, გამოსავლიანობასა და ჯამურ ეფექტურობას.

ულტრაბგერის დახმარებით მიმდინარე ტრანსეთერიფიკაცია

ტრანსეთერიფიკაციის რეაქციები არის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი სინთეზის გზა და ფართოდ გამოიყენება, როგორც ეფექტური ტექნიკა მცენარეული ზეთების ნავთობპროდუქტების ჩანაცვლებლებად გარდაქმნისთვის. სონოსინთეზი (ასევე სონოქიმიური სინთეზი, რაც არის ქიმიური სინთეზი, რომელიც ხორციელდება მაღალი წარმადობის ულტრაბგერის მეშვეობით), ცნობილია ტრანსეთერიფიკაციისა და სხვა ქიმიური პროცესებისთვის მისი სასარგებლო ეფექტებით.

პოლიოლების მდგრადი სინთეზი მცენარეული ზეთებიდან ულტრაბგერის გამოყენებით

მცენარეული წარმოშობის ცხიმოვანი მჟავები, ანუ მცენარეული ზეთები, არის ფართოდ ხელმისაწვდომი და განახლებადი საწყისი მასალა და შეიძლება გამოყენებულ იქნას ბიოსაფუძვლიანი პოლიოლებისა და პოლიურეთანების მოსამზადებლად. მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერის გამოყენება ქმნის ხელსაყრელ სონოქიმიურ ეფექტებს, რომლებიც მნიშვნელოვნად აჩქარებენ ტრანსეთერიფიკაციის კატალიზურ რეაქციას. გარდა ამისა, ულტრაბგერითი დამუშავება ზრდის სინთეზირებული პოლიოლების გამოსავლიანობას, რადგან აკუსტიკური კავიტაციის ინტენსიური შერევის ენერგია მასათა გადატანის შეზღუდვას გადალახავს. ულტრაბგერითი ტრანსეთერიფიკაციის რეაქციები ეფექტურად მიმდინარეობს ნაკლები სპირტისა და კატალიზატორის გამოყენებით, ვიდრე ჩვეულებრივი ტრანსეთერიფიკაციის რეაქციები. ეს ულტრაბგერითი დამუშავების მეშვეობით ჯამური ეფექტურობის გაუმჯობესებას იწვევს.

პენტაერითრიტოლის ეთერზე დაფუძნებული ბიოზეთის ულტრაბგერითი სინთეზი

პენტაერითრიტოლის ეთერი შეიძლება ეფექტურად სინთეზირებულ იქნას რაფსის ზეთიდან ორსაფეხურიანი სონოქიმიური პროცესის გზით, როგორც ეს არუმუგამის სამეცნიერო ჯგუფმა აჩვენა. მათი ოპტიმიზაციის კვლევისას, მკვლევრებმა გამოიყენეს Hielscher-ის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორი UP400St (იხ. სურათი მარცხნივ). პირველ სონოქიმიურად გააქტიურებულ ტრანსეთერიფიკაციაში, რაფსის ზეთი რეაგირებს მეთანოლთან მეთილის ეთერის მისაღებად. მეორე ტრანსეთერიფიკაციის საფეხურში, მეთილის ეთერი რეაგირებს ქსილოლთან და კატალიზატორთან პენტაერითრიტოლის ეთერის მისაღებად. მკვლევარი ფოკუსირებული იყო ულტრაბგერითი პროცესის პარამეტრების ოპტიმიზაციაზე, რათა გაეზარდა პენტაერითრიტოლის ეთერის სინთეზის გამოსავლიანობა და ჯამური ეფექტურობა ულტრაბგერის პირობებში. პენტაერითრიტოლის ეთერის 81,4%-იანი გაუმჯობესებული გამოსავლიანობა მიღწეულ იქნა 15 წმ ულტრაბგერითი იმპულსით, 60% ულტრაბგერითი ამპლიტუდით, 1,5 wt% კატალიზატორის კონცენტრაციით და 100°C რეაქციის ტემპერატურით. ხარისხის კონტროლისთვის, სონოქიმიურად სინთეზირებული პენტაერითრიტოლის ეთერი შედარებულ იქნა სინთეზური ხარისხის კომპრესორის ზეთთან. დასკვნის სახით, კვლევა მიუთითებს, რომ ულტრაბგერით გააქტიურებული თანმიმდევრული ტრანსეთერიფიკაციის პროცესი არის ეფექტური მეთოდი პენტაერითრიტოლის ეთერზე დაფუძნებული ბიოზეთის სინთეზისთვის ჩვეულებრივი თანმიმდევრული ტრანსეთერიფიკაციის პროცესის ჩანაცვლებისთვის. ულტრაბგერითი ტრანსეთერიფიკაციის პროცესის მთავარი უპირატესობებია პენტაერითრიტოლის ეთერის გაზრდილი გამოსავლიანობა, რეაქციის დროის შემცირება და მნიშვნელოვნად დაბალი რეაქციის ტემპერატურები. (იხ. Arumugam et al., 2019)

რაფსის ზეთის პენტაერითრიტოლის ეთერამდე ულტრაბგერით გაძლიერებული ორსაფეხურიანი ტრანსეთერიფიკაცია.
(ადაპტირებულია Arumugam et al., 2019-დან)

პენტანალზე დაფუძნებული აცეტალური ეთერები ულტრაბგერითი სინთეზის გზით

კურნიავანის სამეცნიერო ჯგუფმა სონოქიმიური მეთოდით, მწვანე ქიმიის პრინციპების გამოყენებით, სამი პენტანალზე დაფუძნებული აცეტალის ეთერი დაასინთეზა. ულტრაბგერითი დამუშავება გამოიყენებოდა ორი ქიმიური ეტაპის ხელშესაწყობად:

1. 9,10-დიჰიდროქსიოქტადეკანოიკ酸ის ეთერიფიკაცია
2. ალკილ 9,10-დიჰიდროქსიოქტადეკანოატის აცეტალიზაცია

ალკილ 9,10-დიჰიდროქსისტეარატის ეთერების მისაღებად საჭიროა ორი ეტაპი და მიღებულია 67-85%-იანი გამოსავლიანობა. ეფექტურობის შესაფასებლად, სონოქიმიური მეთოდი შედარებული იქნა ტრადიციულ რეფლუქსის ტექნიკასთან. გარდა ამისა, გამოიყენებოდა ერთგვაროვანი და მყარი მჟავა კატალიზატორები, კერძოდ, გოგირდმჟავა (H2SO4), ბუნებრივი ბენტონიტი და H-ბენტონიტი, სხვადასხვა კატალიზატორის გავლენისა და ეფექტურობის დასადგენად. აღმოჩენილია, რომ H-ბენტონიტით კატალიზებული მჟავას სონოქიმიური ეთერიფიკაცია იძლევა პროდუქტებს მაქსიმუმ 70%-იანი გამოსავლიანობით, რეფლუქსის მეთოდთან შედარებით 3-ჯერ უფრო მოკლე რეაქციის დროში, რაც შესანიშნავია. საბოლოო აცეტალიზაციის ეტაპი n-პენტანალთან, H-ბენტონიტის თანაობისას, ულტრაბგერითი დამუშავების გამოყენებით, იძლევა სამ პენტანალზე დაფუძნებულ დიოქსოლანის წარმოებულს 69–85%-იანი გამოსავლიანობით, რაც უფრო მაღალია ვიდრე ტრადიციული მეთოდის შემთხვევაში. რეფლუქსის მეთოდს სჭირდებოდა ულტრაბგერით მეთოდთან შედარებით უფრო გრძელი რეაქციის დრო, რადგან ულტრაბგერითი სინთეზი მოითხოვდა მხოლოდ 10-30 წთ. ულტრაბგერითი დამუშავების პირობებში რეაქციის დროის მნიშვნელოვნად შემცირების გარდა, სონოქიმიური მეთოდის გამოყენებით მიღებული იქნა თითოეული ეთერის შესანიშნავი გამოსავლიანობა.
მკვლევარმა ასევე გამოთვალა, რომ სონოქიმიური რეაქციის ენერგეტიკული მოთხოვნები დაახლოებით 62-ჯერ ნაკლებია ვიდრე ტრადიციული მეთოდის შემთხვევაში. ეს ამცირებს ხარჯებს და არის ეკოლოგიურად სუფთა.
თითოეული პროდუქტის ფიზიკურ-ქიმიური თვისებების შესწავლამ აჩვენა, რომ მეთილ 8-(2-ბუტილ-5-ოქტილ-1,3-დიოქსოლან-4-ილ)ოქტანოატი არის პოტენციური ახალი ბიოლუბრიკანტი, რომელსაც შეუძლია ჩაანაცვლოს ჩვეულებრივი ლუბრიკანტები. (იხ. Kurniawan et al., 2021)

პენტაერითრილის ეთერების ტრანსეთერიფიკაცია ულტრაბგერის გამოყენებით

პენტაერითრილის ეთერები შეიძლება მიღებულ იქნას მცენარეული ზეთებიდან, როგორიცაა მზესუმზირის, სელის და ჯატროფას ზეთი. ჰაშემის სამეცნიერო ჯგუფმა აჩვენა ბიოზე დაფუძნებული ლუბრიკანტების სინთეზი თანმიმდევრული ფუძით კატალიზებული ტრანსეთერიფიკაციების გზით, რომელიც მოიცავს ორ ტრანსეთერიფიკაციის ეტაპს. მათ აჩვენეს სინთეზის შესაძლებლობა მზესუმზირის, სელის და ჯატროფას ზეთების გამოყენებით. პირველ ეტაპზე, ზეთები გადაიყვანეს შესაბამის მეთილის ეთერებად. მეორე პროცესში, მეთილის ეთერები გადაიყვანეს პენტაერითრილის ეთერებად პენტაერითრიტოლის მოქმედებით, როგორც ნაჩვენებია შემდეგ სქემაში: (იხ. Hashem et al., 2013)

მცენარეული ზეთის მეთილის ეთერად ტრანსეთერიფიკაციის შემდეგ, მეთილის ეთერები გადაიყვანება პენტაერითრილის ეთერებად პენტაერითრიტოლის მოქმედებით, როგორც ნაჩვენებია ზემოთ მოცემულ სქემაში.
(იხ. Hashem et al., 2013)

ტრანსეთერიფიკაციის რეაქციის მნიშვნელოვნად გაძლიერებაზე ულტრაბგერითი დამუშავების ეფექტი მეცნიერულად არის დამტკიცებული და უკვე ათწლეულების განმავლობაში გამოიყენება მრეწველობაში. ულტრაბგერით გაუმჯობესებული ტრანსეთერიფიკაციის ყველაზე ცნობილი მაგალითია ზეთებისა და ცხიმების გარდაქმნა ცხიმოვანი მჟავების მეთილის ეთერად (FAME), რომელიც ცნობილია როგორც ბიოდიზელი.
გაიგეთ მეტი ულტრაბგერითი დახმარებით ტრანსეთერიფიკაციის შესახებ (ნარჩენი) ზეთების და ცხიმების ბიოდიზელად გადასაყვანად!

ულტრაბგერითი პრობები და რეაქტორები ტრანსეთერიფიკაციისა და სხვა ქიმიური სინთეზებისთვის

Hielscher Ultrasonics თქვენი სპეციალისტია სონოქიმიური რეაქციებისთვის განკუთვნილი ტექნოლოგიურად დახვეწილი, მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორების სფეროში. Hielscher აპროექტებს, აწარმოებს და ავრცელებს მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს და ნებისმიერი ზომის აქსესუარებს, როგორიცაა პრობები (სონოტროდები), რეაქტორები და ნაკადის კამერები, და ამარაგებს როგორც ქიმიურ ლაბორატორიებს, ისე სამრეწველო მასშტაბის ქიმიური წარმოების ობიექტებს. კომპაქტური ლაბორატორიული ულტრაბგერითი მოწყობილობებიდან ინდუსტრიულ ულტრაბგერით პრობებამდე და რეაქტორებამდე, Hielscher-ს აქვს იდეალური ულტრაბგერითი სისტემა თქვენი პროცესისთვის. ჩვენი კარგად მომზადებული პერსონალი, რომელსაც ხანგრძლივი გამოცდილება აქვს ისეთ მიმართულებებში, როგორიცაა სონოკატალიზი და სონოსინთეზი, თქვენი მოთხოვნების შესაბამის ყველაზე შესაფერის კონფიგურაციას გირჩევთ.
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი წარმადობის ულტრაბგერით სისტემებს, რომლებიც ხასიათდება ძალიან მაღალი გამძლეობით და ინტენსიური ულტრაბგერითი ტალღების წარმოქმნის უნარით, რადგან Hielscher-ის ყველა ინდუსტრიულ ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორს შეუძლია ძალიან მაღალი ამპლიტუდებით მუშაობა უწყვეტ რეჟიმში (24/7). გამძლე ულტრაბგერითი სისტემები პრაქტიკულად არ საჭიროებს ტექნიკურ მომსახურებას და ხანგრძლივი მუშაობისთვის არის შექმნილი. ეს Hielscher-ის ულტრაბგერით მოწყობილობას საიმედოს ხდის რთულ პირობებში ინტენსიური გამოყენებისთვის. ასევე ხელმისაწვდომია სპეციალური სონოტროდები მაღალი ტემპერატურის ან ძალიან აგრესიული ქიმიური გარემოსთვის.
უმაღლესი ხარისხი – შექმნილი და დამზადებულია გერმანიაში: ყველა მოწყობილობა დაპროექტებულია და დამზადებულია ჩვენს შტაბ-ბინაში გერმანიაში. მომხმარებლისთვის მიწოდებამდე ყოველი ულტრაბგერითი მოწყობილობა გულდასმით ტესტირდება სრული დატვირთვის პირობებში. ჩვენ ვისწრაფვით მომხმარებლის კმაყოფილებისკენ და ჩვენი წარმოება ორგანიზებულია ხარისხის უზრუნველყოფის უმაღლესი მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად (მაგ., ISO სერტიფიცირება).

ქვემოთ მოცემული ცხრილი გაძლევთ წარმოდგენას ჩვენი ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორების დაახლოებითი დამუშავების სიმძლავრეზე: