საპონიფიკაცია – საპნის დამზადების პროცესი ულტრაბგერით

საპონიფიკაცია არის საპნის დამზადების ქიმიური პროცესი. ეს არის რეაქცია, რომლის დროსაც ცხიმების ან ზეთების ნედლეული (ტრიგლიცერიდები) რეაგირებს ტუტე რეაგენტთან, რათა წარმოიქმნას საპონი. ულტრაბგერითი აუმჯობესებს ფაზის გადაცემის კატალიზს, რაც იწვევს რეაქციის სიჩქარის გაზრდას, უფრო სრულ კონვერტაციას და თავიდან აიცილებს ბაზის რეაგენტების გადაჭარბებულ გამოყენებას, როგორიცაა კალიუმის ჰიდროქსიდი (KOH) ან ნატრიუმის ჰიდროქსიდი (NaOH). ულტრაბგერითი ინიცირებული ტუტე ჰიდროლიზი ადვილად შეიძლება განხორციელდეს კომერციული საპნის წარმოებაში. ულტრაბგერითი რეაქტორები საპონიფიკაციოდ აწარმოებენ უფრო მაღალ გამომუშავებას მოკლე დროში კატალიზატორის გამოყენების ან გამოყენებული კატალიზატორის რაოდენობის შემცირების გარეშე.

ულტრაბგერითი ხელშემწყობი საპონიფიკაცია

ულტრაბგერითი საპონიფიკაციის შემთხვევის შესწავლა

სხვადასხვა კვლევითმა კვლევებმა აჩვენა, რომ სონიკა ხელს უწყობს ტრიგლიცერიდების საპონიფიკაციას. ულტრაბგერითი საპონიფიკაცია აჩქარებს და ზრდის კონვერტაციას, ხოლო დაზოგავს ან თავიდან აიცილებს კატალიზატორის გამოყენებას. ეს ხდის ულტრაბგერითი საპონიფიკაციას წარმოების მაღალეფექტურ მეთოდად.

ტრიგლიცერიდების ტუტე ჰიდროლიზის ულტრაბგერითი დაწყება (საპონიფიკაცია) ფაზის კატალიზატორის გარეშე

მერკანტილი და სხვ. (2013) შეისწავლა ულტრაბგერითი მოქმედების ეფექტი ტრიგლიცერიდების ტუტე ჰიდროლიზზე, რომელიც ცნობილია როგორც საპონიფიკაცია. მზესუმზირის ზეთის ტუტე ჰიდროლიზის დასაწყებად ისინი იყენებდნენ სონიკას. ტუტე ბაზად გამოიყენებოდა კალიუმის ჰიდროქსიდი (KOH). ნაჩვენებია, რომ ულტრაბგერა ეფექტურია, როგორც ენერგიის წყარო რეაქციის დასაწყებად და მართვით, რომ მაღალი რეაქციის გამოსავალი მიიღწევა მთლიანი ენერგიის გამოყენების მხოლოდ 15 წუთში, გარემო ტემპერატურაზე მუშაობისას და რომ არ წარმოიქმნება შესამჩნევი ქვეპროდუქტები. რეაქცია. ულტრაბგერითი აბაზანისა და ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი აპარატის შედარება აჩვენებს, რომ ულტრაბგერითი ზონდი არის უმაღლესი ტექნიკა. კვლევა აჩვენებს, რომ ულტრაბგერითი საპონიფიკაცია იძლევა კარგ კონვერტაციას ჭარბი ტუტე ან ფაზის გადაცემის კატალიზის საჭიროების გარეშე.

ტრიაცილგლიცეროლის ტუტე ჰიდროლიზი

ულტრაბგერითი დაწინაურებული ფაზის გადაცემის რეაქცია საპონიფიკაციისთვის

ბჰათხანდე და სხვ. (1998) აჩვენა, რომ მცენარეული ზეთების გახმოვანება, როგორიცაა სოიოს ზეთი, შეიძლება ეფექტურად საპონიფიცირდეს წყლიანი KOH და სხვადასხვა PTC-ების გამოყენებით ოთახის ტემპერატურაზე. საპონიფიკაციის მასშტაბი შესწავლილი იყო საპონიფიკაციის მნიშვნელობის გამოყენებით. სხვადასხვა პარამეტრის ოპტიმიზაცია, როგორიცაა დრო, ფაზური გადაცემის კატალიზატორების შერჩევა, გამოყენებული კატალიზატორის რაოდენობა, KOH-ის რაოდენობა და წყლის რაოდენობა განხორციელდა სონიკაციისა და მორევის გამოყენებით. ულტრაბგერის ეფექტის შესასწავლად, საპონიფიკაცია ასევე განხორციელდა 35ºC-ზე სხვადასხვა პირობებში, კერძოდ, მორევა, გაჟღენთვა, მორევა და გაჟონვა და გათბობა 100ºC-ზე. აღმოჩნდა, რომ სხვადასხვა მცენარეული ზეთების ჰეტეროგენული თხევადი-თხევადი ფაზის საპონიფიკაცია წყლიანი KOH/CTAB-ის გამოყენებით მნიშვნელოვნად დაჩქარდა 35ºC-ზე სონიკაციისა და მორევის დროს.

მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი

Hielscher Ultrasonics აწვდის მაღალი ხარისხის ულტრაბგერით აღჭურვილობას ლაბორატორიული, საპილოტე და სამრეწველო წარმოებისთვის. ძლიერი და საიმედო ულტრაბგერითი გამოიყენება სხვადასხვა სონოქიმიური რეაქციებისთვის, როგორიცაა საპონიფიკაცია. Hielscher-ის ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი საშუალებების გამოყენება შესაძლებელია პარტიულ და ინლაინ რეჟიმში. პროცესის ყველა მნიშვნელოვანი პარამეტრი – ამპლიტუდა, წნევა, ტემპერატურა – შეიძლება იყოს ზუსტად კონტროლირებადი და უზრუნველყოს განმეორებადი შედეგები.
ციფრული კონტროლი ავტომატურად იწერს პროცესის პარამეტრებს და ინახავს მათ ინტეგრირებულ SD ბარათზე. წინასწარი პარამეტრები და ბრაუზერის დისტანციური კონტროლი ხდის ხმოვან პროცესს ძალიან მარტივს და მოსახერხებელი.
ბევრი სონოქიმიური რეაქციისთვის გარკვეული ტემპერატურა უნდა შენარჩუნდეს, ამიტომ ტემპერატურის კონტროლი მნიშვნელოვანია. Hielscher-ის ციფრული ულტრაბგერითი მოყვება თერმო-წყვილი და ტემპერატურის კონტროლი. ჟალუზიანი ნაკადის უჯრედი იძლევა სითბოს გაფრქვევას.
Hielscher-ის ულტრაბგერითი აღჭურვილობის გამძლეობა იძლევა 24/7 მუშაობის საშუალებას მძიმე მოვალეობასა და მომთხოვნ გარემოში.
ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს:

• ბჰატხანდე, ბს; Samant, Shriniwas D. (1998): ულტრაბგერითი დახმარებით PTC კატალიზატორია მცენარეული ზეთების საპონიფიკაცია წყლიანი ტუტის გამოყენებით. Ultrasonics Sonochemistry ტ. 5, გამოცემა 1, 1998. 7-12.
• მერკანტილი, ლორა; სეიმუსი, ფრენკ დევისი; Higson, PJ (2014): ტრიგლიცერიდების ტუტე ჰიდროლიზის ულტრაბგერითი დაწყება (საპონიფიკაცია) ფაზის კატალიზის გარეშე. Journal of Surfactant and Detergents Vol. 17, Issue 1, Jan 2014. 133-141.

ფაქტები, რომელთა ცოდნაც ღირს

სონოქიმია

დენის ულტრაბგერა გამოიყენება ქიმიურ პროცესებზე, როგორიცაა სინთეზი და კატალიზი (ასევე უწოდებენ სონო-სინთეზს და სონო-კატალიზს, შესაბამისად) რეაქციის დასაწყებად და გაძლიერების მიზნით. ულტრაბგერითი დასხივების სხვადასხვა გამოყენება ორგანულ სინთეზში ღრმად იქნა გამოკვლეული და განვითარებული სამრეწველო წარმოებისთვის. სონოქიმიურ მკურნალობას შეუძლია გაზარდოს რეაქციის სიჩქარე, მოსავლიანობა და სასურველი პროდუქტების სელექციურობა მნიშვნელოვნად უფრო მსუბუქ პირობებში. ეს ხდის ულტრაბგერით მკურნალობას ეფექტურ და ეკოლოგიურად დამუშავების ტექნიკად. დადასტურებულია, რომ ულტრაბგერითი დახმარებით ფაზის გადაცემის კატალიზი (PTC) არის ორგანული რეაქციების მკვეთრად უფრო ეფექტური და ეფექტური მეთოდი, ვიდრე იგივე რეაქცია დუმილის პირობებში. მაგალითად, Cannizarro რეაქცია, რომელიც კატალიზირებულია ულტრაბგერითი დახმარებით ფაზის გადაცემის კატალიზით, მნიშვნელოვნად დაჩქარებულია, რაც იწვევს სწრაფ გარდაქმნას. კიდევ ერთი თვალსაჩინო მაგალითია ტრიგლიცერიდების (მაგ. მცენარეული ზეთები, ცხოველური ცხიმები) და მეთანოლის ტრანსესტერიფიკაცია KOH-ის, როგორც კატალიზატორის და დენის ულტრაბგერითი თანდასწრებით. ულტრაბგერითი ტრანსესტერიფიკაცია იძლევა მაღალხარისხიან ბიოდიზელს, რომელიც წარმოიქმნება სწრაფი კონვერტაციით და ძალიან ეფექტური, ეკონომიური პროცესით.

ულტრაბგერითი ექსტრაქცია ეფუძნება აკუსტიკური კავიტაციის და მისი ჰიდროდინამიკური ათვლის ძალებს

საპონიფიკაცია

საპონიფიკაცია აღწერს ქიმიურ რეაქციას, რომელიც წარმოქმნის საპონს. საპონიფიკაციის პროცესში მცენარეული ზეთები ან ცხოველური ცხიმები გარდაიქმნება ცხიმოვანი მჟავების მარილებად – "საპონი" – და გლიცერინი, რომელიც არის ალკოჰოლი. რეაქციის დასაწყებად საჭიროა ტუტე ფუძის (მაგ. NaOH ან KOH) ხსნარი წყალში და ასევე სითბო.
საპონიფიკაციის რეაქციის ეტაპები შემდეგია:

1. ჰიდროქსიდის მიერ ცხიმოვანი მჟავების ეთერების ნუკლეოფილური შეტევა
2. ჯგუფის წაშლა
3. დეპროტონაცია

საპონიფიკაციის რეაქცია კომერციულად გამოიყენება საპნების და საპოხი მასალების წარმოებისთვის.
მიუხედავად იმისა, რომ ნატრიუმის ჰიდროქსიდის მყარი საპონი და კალიუმის ჰიდროქსიდის რბილი საპონი გამოიყენება ყოველდღიური დასუფთავებისთვის, ასევე არსებობს სპეციალური საპნები, რომლებიც დამზადებულია სხვა ლითონის ჰიდროქსიდების გამოყენებით. მაგალითად, ლითიუმის საპნები და კალციუმის საპნები გამოიყენება როგორც საპოხი ცხიმი. ასევე არსებობს “რთული საპნები” რომელიც შედგება მეტალის საპნების ნარევისგან.

ჰიდროლიზი

ჰიდროლიზი გულისხმობს ორგანული ქიმიკატის წყალთან რეაქციას ორი ან მეტი ახალი ნივთიერების წარმოქმნის მიზნით და ჩვეულებრივ გულისხმობს ქიმიური ბმების გაწყვეტას წყლის დამატებით. ეთერები შეიძლება დაიშალოს კარბოქსილის მჟავასა და სპირტში წყალთან და ფუძესთან რეაქციით. საპონი წარმოიქმნება ცხიმის ან ზეთის ეთერების ჰიდროლიზით.

ტუტე ბაზა

ტუტე ბაზის რეაქტანტები (ცოცხები) საჭიროა ზეთებისა და ცხიმების საპონიფიკაციისთვის. ტრიგლიცერიდები რეაგირებენ ბაზასთან – ნატრიუმის ან კალიუმის ჰიდროქსიდი – გლიცერინის და ცხიმოვანი მჟავების მარილის, ე.წ. კალიუმის ჰიდროქსიდი არის არაორგანული ნაერთი KOH ფორმულით და მას ჩვეულებრივ უწოდებენ კაუსტიკური კალიუმის. ნატრიუმის ჰიდროქსიდი (NaOH) არის კიდევ ერთი პროტოტიპული ძლიერი ბაზა. ნატრიუმის ჰიდროქსიდის გამოყენებისას წარმოიქმნება მყარი საპონი, ხოლო კალიუმის ჰიდროქსიდის გამოყენების შედეგად ხდება რბილი საპონი.

რეაგენტი რეაგენტის წინააღმდეგ

რეაქტიული არის ნივთიერება, რომელიც გამოიყენება ან მოიხმარება ქიმიურ რეაქციაში. რეაგენტთან შედარებით, რეაგენტი საჭიროა უფრო დიდი რაოდენობით. რეაგენტი არის ნივთიერება, რომელიც გამოიყენება რეაქციის დასაწყებად, რეაქციის მხარდასაჭერად და იხმარება რეაქციაში, განსხვავებით კატალიზატორებისგან, რომლებიც არ მოიხმარენ რეაქციას.

საპონიფიკაცია – ხშირად დასმული შეკითხვები

• რა არის საპონიფიკაციის პროცესი? საპონიფიკაცია არის ქიმიური პროცესი, როდესაც ცხიმები ან ზეთები რეაგირებენ ტუტესთან (ჩვეულებრივ ნატრიუმის ჰიდროქსიდთან) საპნის და გლიცეროლის წარმოქმნით. ეს რეაქცია მოიცავს ტრიგლიცერიდების ჰიდროლიზს ცხიმოვანი მჟავების მარილებში და გლიცეროლში.
• რა სახის რეაქციაა საპონიფიკაცია? საპონიფიკაცია არის ჰიდროლიზის რეაქციის ტიპი, სადაც ცხიმებსა და ზეთებში ეთერული ბმები იშლება ტუტეებით.
• რატომ ჰქვია საპონიფიკაცია? მას დაარქვეს მისი საბოლოო პროდუქტის, საპნის და მისი უნარის გამო, შექმნას საპონი ტრიგლიცერიდებში ესტერული ობლიგაციების ჰიდროლიზის გზით.
• რა არის საპონიფიკაციის მიზანი? პირველადი დანიშნულებაა საპნის წარმოება, სურფაქტანტი, რომელიც ფართოდ გამოიყენება დასუფთავებისა და რეცხვისთვის.
• არის საპონიფიკაცია ჰიდროლიზი? დიახ, საპონიფიკაცია არის ჰიდროლიზის სპეციფიკური ტიპი, რომელიც გულისხმობს ცხიმების ან ზეთების დაშლას ტუტეების მიერ გლიცეროლად და ცხიმოვანი მჟავების მარილებად (საპონი).
• როგორია საპონიფიკაციის მექანიზმი? იგი მოიცავს ჰიდროქსიდის იონების ნუკლეოფილურ შეტევას ტრიგლიცერიდებში ესტერული ბმის კარბონილის ნახშირბადზე, რაც იწვევს ალკოჰოლის (გლიცეროლის) და საპნის წარმოქმნას.
• რატომ არის შერევა მნიშვნელოვანი საპონიფიკაციისთვის? ეფექტური შერევა უზრუნველყოფს რეაგენტებს შორის სრულ კონტაქტს, რაც ხელს უწყობს უფრო სრულ და ერთგვაროვან რეაქციას, რაც გადამწყვეტია ოპტიმალური მოსავლიანობის მისაღწევად. Hielscher ულტრაბგერითი მიქსერებს შეუძლიათ გააძლიერონ ეს პროცესი ინტენსიური კავიტაციისა და ათვლის ძალების მეშვეობით.
• რა არის საპონიფიკაციო მაგალითი? ნატრიუმის ჰიდროქსიდის შერევა ქოქოსის ზეთთან Hielscher ულტრაბგერითი რეაქტორის თანდასწრებით საპნის და გლიცეროლის წარმოებისთვის საპონიფიკაციის მაგალითია.
• რა არის საპონიფიკაციის მთავარი პროდუქტი? ძირითადი პროდუქტებია საპონი (ცხიმოვანი მჟავების ნატრიუმის ან კალიუმის მარილები) და გლიცერინი.
• რატომ არის საპონიფიკაციო მნიშვნელობა მნიშვნელოვანი? საპონიფიკაციის მნიშვნელობა მიუთითებს ტუტეების რაოდენობაზე, რომელიც საჭიროა ცხიმის ან ზეთის მოცემული რაოდენობის საპონიფიკაციოდ, რაც ეხმარება მასში შემავალი ცხიმოვანი მჟავების მოლეკულური წონის განსაზღვრას.
• საპონიფიკაცია შექცევადია? ტიპიურ პირობებში, საპონიფიკაცია არ არის შექცევადი წარმოქმნილი საპნის სტაბილურობის გამო.
• რა არის საპონიფიკაციის საპირისპირო? ესტერიფიკაცია, სადაც წყალი და სპირტები რეაგირებენ კარბოქსილის მჟავებთან და წარმოქმნიან ეთერებს და წყალს, საპირისპირო პროცესია.
• საპონიფიკაცია მოითხოვს სითბოს? მიუხედავად იმისა, რომ არ არის საჭირო, სითბოს შეუძლია დააჩქაროს საპონიფიკაციო პროცესი მოლეკულური მოძრაობისა და რეაქციის სიჩქარის გაზრდით.
• საპონიფიკაცია ეგზოთერმულია თუ ენდოთერმული? საპონიფიკაცია არის ეგზოთერმული რეაქცია, რომელიც ათავისუფლებს სითბოს მიმდინარეობისას.
• საპონიფიკაცია ძირითადია თუ მჟავე? ეს არის ძირითადი რეაქცია, რადგან ის მოიცავს ფუძის (ტუტე) მოქმედებას ეთერზე (ცხიმი/ზეთი).
• როგორ აჩერებთ საპონიფიკაციას? მჟავის დამატება ტუტეების გასანეიტრალებლად აჩერებს რეაქციას, ეფექტურად აჩერებს საპონიფიკაციო პროცესს.
• რა ხდება საპონიფიკაციის შემდეგ? სრული რეაქციის შემდეგ, ნარევი ჩვეულებრივ შედგება საპნისა და გლიცეროლისგან, რომლებიც შეიძლება გაიწმინდოს ან დამუშავდეს შემდგომი გამოყენების მიხედვით.
• საპონიფიკაცია ბუნებრივია? დიახ, ბუნებრივი საპონიფიკაცია შეიძლება მოხდეს, როდესაც ცხიმი შედის კონტაქტში ტუტე დედამიწის ლითონებთან გარკვეულ გეოლოგიურ გარემოში ან როდესაც ძველი ხალხები აურიეს ცხოველურ ცხიმებს ფერფლთან საპნის დამზადების ტრადიციულ მეთოდებში.
• რატომ გამოიყენება ზეითუნის ზეთი საპონიფიკაციოში? ზეითუნის ზეთი უპირატესობას ანიჭებს საპონიფიკაციას ოლეინის მჟავის მდიდარი შემცველობის გამო, რომელიც იძლევა რბილ, დამატენიანებელ საპონს კარგი გამწმენდი თვისებებით და სტაბილურ ქაფს.
• როგორ გადავაქციოთ ცხიმი საპნად? ცხიმები იქცევა საპნად საპონიფიკაციის გზით მათი გაცხელებით ძლიერი ტუტე ხსნარით, როგორც წესი, ნატრიუმის ჰიდროქსიდით, რომელიც არღვევს ცხიმს ცხიმმჟავას მარილებად (საპონად) და გლიცეროლად.
• რომელ ზეთს აქვს მაღალი საპონიფიკაციო ღირებულება? ქოქოსის ზეთს აქვს მაღალი საპონიფიკაციო ღირებულება, რაც მიუთითებს მცირე ცხიმოვანი მჟავების მოლეკულების უფრო მაღალ პროპორციაზე, რაც მას ძალიან რეაქტიულს ხდის ტუტეებთან საპნის წარმოებისთვის.
• რა ემართება ზეთებს საპონიფიკაციის დროს? საპონიფიკაციის დროს ზეთები ტუტეს მიერ ჰიდროლიზდება გლიცეროლისა და ცხიმოვანი მჟავების მარილებად, ეს უკანასკნელი კი ქმნის საპონს.
• რა არის საუკეთესო ცხიმი საპნისთვის? ტალო (ძროხის ცხიმი) და ქოქოსის ზეთი ითვლება საუკეთესო ცხიმებად საპნის დასამზადებლად, საბოლოო საპნის პროდუქტში მათი ქაფის და გამკვრივების თვისებების გამო.
• როგორ მოვახდინოთ ზეთის საპონიფიკაცია ცოცხის გარეშე? საპონიფიკაციო ზეთები ცოცხის გარეშე შეუძლებელია ტრადიციული საპნის დამზადებისთვის; თუმცა, საპნისმაგვარი გამწმენდი საშუალებების დამზადება შესაძლებელია სურფაქტანტებისა და ემულგატორების გამოყენებით ცოცხალზე დაფუძნებული საპონიფიკაციის ნაცვლად.