პოლიოლის სინთეზი ულტრაბგერითი ტრანსესტერიფიკაციის საშუალებით

პოლიოლი არის სინთეზური ეთერები, რომლებიც წარმოიქმნება ძირითადად მცენარეული ზეთებიდან ან ცხოველური ცხიმებიდან ტრიგლიცერიდების ტრანსესტერიფიკაციის გზით. ეს პოლიოლები წარმოადგენს ნედლეულს პოლიურეთანის, ბიოლუბრიკანტების და სხვა ცემენტების წარმოებისთვის. ულტრაბგერითი დამუშავება გამოიყენება ტრანსესტერიფიკაციის რეაქციების გასაძლიერებლად ინტენსიური ათვლის ძალებისა და თერმული ენერგიის გამოყენებით. ულტრაბგერა და მისი სონოქიმიური ეფექტები ამარაგებს რეაქციის ენერგიას და ხელს უწყობს მასის გადაცემის შეზღუდვების დაძლევას. ამრიგად, სონიკა მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს ტრანსესტერიფიკაციის სიჩქარეს, მოსავლიანობას და საერთო ეფექტურობას.

ულტრაბგერითი დახმარებით ტრანსესტერიფიკაცია

ტრანსესტერიფიკაციის რეაქციები სინთეზის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი გზაა და ფართოდ გამოიყენება, როგორც მცენარეული ზეთების ნავთობპროდუქტების შემცვლელად გადაქცევის ეფექტური ტექნიკა. სონო-სინთეზი (ასევე სონოქიმიური სინთეზი, რომელიც არის ქიმიური სინთეზი, რომელიც ხელს უწყობს მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი საშუალებით), კარგად არის ცნობილი ტრანსესტერიფიკაციისა და სხვა ქიმიურ პროცესებზე მისი სასარგებლო ეფექტებით.

მდგრადი პოლიოლის სინთეზი მცენარეული ზეთებიდან ულტრაბგერის გამოყენებით

მცენარეული ცხიმოვანი მჟავები, ანუ მცენარეული ზეთები, ფართოდ ხელმისაწვდომი და განახლებადი ნედლეულია და შეიძლება გამოყენებულ იქნას ბიოლოგიურად დაფუძნებული პოლიოლებისა და პოლიურეთანის მოსამზადებლად. დენის ულტრაბგერის გამოყენება ქმნის ხელსაყრელ სონოქიმიურ ეფექტებს, რაც მნიშვნელოვნად აჩქარებს ტრანსესტერიფიკაციის კატალიზურ რეაქციას. გარდა ამისა, sonication აძლიერებს სინთეზირებული პოლიოლების გამოსავლიანობას, რადგან აკუსტიკური კავიტაციის ინტენსიური შერევის ენერგია გადალახავს მასის გადაცემის შეზღუდვას. ცნობილია, რომ ულტრაბგერითი ტრანსესტერიფიკაციის რეაქციები ეფექტურად მუშაობს დაბალი ალკოჰოლით და კატალიზატორით, როგორც ჩვეულებრივი ტრანსესტერიფიკაციის რეაქციები. ეს იწვევს საერთო ეფექტურობის გაუმჯობესებას ულტრაბგერითი გამოკვლევით.

პენტაერითრიტოლის ეთერზე დაფუძნებული ბიოლბრიკანტის ულტრაბგერითი სინთეზი

პენტაერითრიტოლის ეთერის ეფექტურად სინთეზირება შესაძლებელია რაფსის ზეთიდან ორეტაპიანი სონოქიმიური პროცესის მეშვეობით, როგორც ეს აჩვენა არუმუგამის მკვლევარმა ჯგუფმა. ოპტიმიზაციის კვლევისას მკვლევარებმა გამოიყენეს Hielscher ულტრაბგერითი UP400St (იხილეთ სურათი მარცხნივ). პირველი სონოქიმიურად დაწინაურებული ტრანსესტერიფიკაციისას რაფსის ზეთი მეთანოლთან ურთიერთქმედებს მეთილის ეთერამდე. მეორე ტრანსესტერიფიკაციის ეტაპზე მეთილის ესტერი რეაგირებს ქსილენთან და კატალიზატორთან პენტაერითრიტოლის ეთერთან. მკვლევარმა ყურადღება გაამახვილა ულტრაბგერითი პროცესის პარამეტრების ოპტიმიზაციაზე, რათა გაზარდოს ულტრაბგერითი პენტაერითრიტოლის ეთერების სინთეზის მოსავლიანობა და საერთო ეფექტურობა. პენტაერითრიტოლის ეთერის 81.4%-ის გაუმჯობესებული გამოსავლიანობა მიღწეული იქნა ულტრაბგერითი პულსით 15 წმ, ულტრაბგერითი ამპლიტუდა 60%, კატალიზატორის კონცენტრაცია 1.5 wt% და რეაქციის ტემპერატურა 100°C. ხარისხის კონტროლისთვის, სონოქიმიურად სინთეზირებული პენტაერითრიტოლის ესტერი შეადარეს სინთეზური კლასის კომპრესორის ზეთს. დასკვნის სახით, კვლევა ვარაუდობს, რომ ულტრაბგერითი ხელშემწყობი თანმიმდევრული ტრანსესტერიფიკაციის პროცესი ეფექტური მეთოდია ჩვეულებრივი თანმიმდევრული ტრანსესტერიფიკაციის პროცესის ჩასანაცვლებლად პენტაერითრიტოლის ეთერზე დაფუძნებული ბიოლუბრიკანტის სინთეზისთვის. ულტრაბგერითი ტრანსესტერიფიკაციის პროცესის მთავარი უპირატესობაა პენტაერითრიტოლის ეთერის გაზრდილი გამოსავლიანობა, შემცირებული რეაქციის დრო და საგრძნობლად დაბალი რეაქციის ტემპერატურა. (შდრ. Arumugam et al., 2019)

რაფსის ზეთის ულტრაბგერითი გაძლიერებული ორეტაპიანი ტრანსესტერიფიკაცია პენტაერითრიტოლის ეთერამდე.
(ადაპტირებულია Arumugam et al., 2019)

პენტანალიდან მიღებული აცეტალის ეთერები ულტრაბგერითი სინთეზით

კურნიავანის მკვლევარმა ჯგუფმა სინთეზირება მოახდინა პენტანალისგან მიღებული სამი აცეტალის ეთერი სონოქიმიური მეთოდით, მწვანე ქიმიის პრინციპების გამოყენებით. Sonication გამოიყენებოდა ორი ქიმიური ეტაპის გასაუმჯობესებლად:

1. 9,10-დიჰიდროქსიოქტადეკანოინის მჟავას ესტერიფიკაცია
2. ალკილის 9,10-დიჰიდროქსიოქტადეკანოატის აცეტალიზება

ალკილის 9,10-დიჰიდროქსისტეარატის ეთერების წარმოებისთვის საჭიროა ორი საფეხური და მიღებულია 67-85% გამოსავალი. ეფექტურობის შეფასებისთვის, სონოქიმიური მეთოდი შეადარეს ჩვეულებრივ რეფლუქსის ტექნიკას. გარდა ამისა, ერთგვაროვანი და მყარი მჟავა კატალიზატორები, კერძოდ, გოგირდის მჟავა (H2SO4), ბუნებრივი ბენტონიტი და H-ბენტონიტი, გამოიყენებოდა სხვადასხვა კატალიზატორების გავლენისა და ეფექტურობის დასადგენად. აღმოჩნდა, რომ H-ბენტონიტით კატალიზებული მჟავას სონოქიმიური ესტერიფიკაცია იძლევა 70%-მდე გამოსავალს 3-ჯერ უფრო მოკლე რეაქციის დროს, ვიდრე რეფლუქსის მეთოდი, რაც აღსანიშნავია. საბოლოო აცეტალიზაციის საფეხურმა n-პენტანალთან H-ბენტონიტის თანდასწრებით ულტრაბგერითი გამოკვლევის გამოყენებით მიაღწია სამ პენტანალისგან წარმოებულ დიოქსოლანის წარმოებულს 69-85%-იანი გამოსავლიანობით, რაც უფრო მაღალია, ვიდრე ჩვეულებრივი მეთოდი. რეფლუქსის მეთოდს სჭირდებოდა უფრო ხანგრძლივი რეაქციის დრო, ვიდრე სონოქიმიურ მეთოდს, ვინაიდან ულტრაბგერითი სინთეზისთვის საჭიროა მხოლოდ 10-30 წუთი. გარდა სონიკაციის დროს რეაქციის მნიშვნელოვნად მოკლე დროში, თითოეული ეთერის შესანიშნავი გამოსავალი მიიღეს სონოქიმიური მეთოდის გამოყენებით.
მკვლევარმა ასევე გამოთვალა, რომ სონოქიმიური რეაქციის ენერგეტიკული მოთხოვნები დაახ. 62-ჯერ დაბალია, ვიდრე ჩვეულებრივი მეთოდი. ეს ამცირებს ხარჯებს და ეკოლოგიურად სუფთაა.
თითოეული პროდუქტის ფიზიკურ-ქიმიური თვისებების შესწავლამ აჩვენა, რომ მეთილის 8-(2-ბუტილ-5-ოქტილ-1,3-დიოქსოლან-4-ილ) ოქტანოატი არის პოტენციური ახალი ბიოლუბრიკანტი საერთო საპოხი მასალების შემცვლელი ფუნქციებით. (შდრ. Kurniawan et al., 2021)

პენტაერითრილის ეთერების ტრანსესტერიფიკაცია ულტრაბგერის გამოყენებით

პენტაერითრილის ეთერების მიღება შესაძლებელია მცენარეული ზეთებისგან, როგორიცაა მზესუმზირის, სელის თესლისა და იატროფას ზეთი. ჰაშემის მკვლევარმა ჯგუფმა აჩვენა ბიოლოგიურად დაფუძნებული საპოხი მასალების სინთეზი თანმიმდევრული ბაზის კატალიზირებული ტრანსესტერიფიკაციების მეშვეობით, რომლებიც მოიცავს ტრანსესტერიფიკაციის ორ საფეხურს. მათ აჩვენეს სინთეზის მიზანშეწონილობა მზესუმზირის, სელის თესლისა და ჯატროფას ზეთის გამოყენებით. პირველ ეტაპზე ზეთები გადაკეთდა შესაბამის მეთილის ეთერებად. მეორე პროცესში მეთილის ეთერები გარდაიქმნება პენტაერითრილის ეთერებად პენტაერითრიტოლის მოქმედებით, როგორც ეს ნაჩვენებია შემდეგ სქემაში: (შდრ. Hashem et al., 2013)

მცენარეული ზეთის მეთილის ეთერად ტრანსესტერიფიკაციის შემდეგ, მეთილის ეთერები გარდაიქმნება პენტაერითრილის ეთერებად პენტაერითრიტოლის მოქმედებით, როგორც ეს ნაჩვენებია ზემოთ მოცემულ სქემაში.
(შდრ. Hashem et al., 2013)

ტრანსესტერიფიკაციაზე ულტრაბგერითი მოქმედების მნიშვნელოვნად რეაქციის გამაძლიერებელი ეფექტი მეცნიერულად დადასტურებულია და უკვე ათწლეულების განმავლობაში ინდუსტრიულად არის მიღებული. ულტრაბგერითი გაუმჯობესებული ტრანესტერიფიკაციის ყველაზე თვალსაჩინო მაგალითია ზეთებისა და ცხიმების გადაქცევა ცხიმმჟავას მეთილის ეთერად (FAME), რომელიც ცნობილია როგორც ბიოდიზელი.
წაიკითხეთ მეტი ულტრაბგერითი დახმარებით ზეთებისა და ცხიმების (ნარჩენების) ტრანსესტერიფიკაციის შესახებ ბიოდიზელში!

ულტრაბგერითი ზონდები და რეაქტორები ტრანსესტერიფიკაციისა და სხვა ქიმიური სინთეზებისთვის

Hielscher Ultrasonics არის თქვენი სპეციალისტი, როდესაც საქმე ეხება დახვეწილ მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითებს სონოქიმიური რეაქციებისთვის. Hielscher შეიმუშავებს, აწარმოებს და ავრცელებს მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერით და აქსესუარებს, როგორიცაა ზონდები (სონოტროდები), რეაქტორები და ნაკადის უჯრედები ნებისმიერი ზომის და ამარაგებს ქიმიურ ლაბორატორიებს, ასევე ქიმიურ საწარმოებს სამრეწველო მასშტაბით. კომპაქტური ლაბორატორიული ულტრაბგერითი მოწყობილობებიდან დაწყებული სამრეწველო ულტრაბგერითი ზონდებით და რეაქტორებით, Hielscher-ს აქვს იდეალური ულტრაბგერითი სისტემა თქვენი პროცესისთვის. დიდი ხნის გამოცდილებით ისეთ აპლიკაციებში, როგორიცაა სონო-კატალიზი და სონოსინთეზი, ჩვენი კარგად გაწვრთნილი პერსონალი გაგიწევთ რეკომენდაციას თქვენი მოთხოვნების შესაფერის კონფიგურაციას.
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი სისტემებს ძალიან მაღალი სიმტკიცის და შეუძლია ინტენსიური ულტრაბგერითი ტალღების მიწოდება, რადგან ყველა Hielscher სამრეწველო ულტრაბგერითს შეუძლია ძალიან მაღალი ამპლიტუდის მიწოდება უწყვეტი მუშაობისას (24/7). მძლავრი ულტრაბგერითი სისტემები თითქმის არ საჭიროებს შენარჩუნებას და შექმნილია იმისთვის, რომ იმუშაოს. ეს ხდის Hielscher-ის ულტრაბგერით აღჭურვილობას საიმედოს მძიმე სამუშაო აპლიკაციებისთვის მკაცრი პირობებით. ასევე ხელმისაწვდომია სპეციალური სონოტროდები მაღალი ტემპერატურის ან ძალიან მკაცრი ქიმიური ნივთიერებებისთვის.
Უმაღლესი ხარისხი – შექმნილია და დამზადებულია გერმანიაში: ყველა მოწყობილობა შექმნილია და დამზადებულია ჩვენს სათაო ოფისში გერმანიაში. მომხმარებლისთვის მიწოდებამდე, ყველა ულტრაბგერითი მოწყობილობა გულდასმით შემოწმებულია სრული დატვირთვით. ჩვენ ვცდილობთ მომხმარებელთა კმაყოფილებისკენ და ჩვენი წარმოება სტრუქტურირებულია უმაღლესი ხარისხის გარანტიების შესასრულებლად (მაგ. ISO სერთიფიკატი).

ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს: