ულტრაბგერითი დახმარებით კატალიზური ექსტრაქცია

Hielscher-ის ულტრაბგერითი რეაქტორები გამოიყენება მრავალ ინდუსტრიაში კატალიზური ექსტრაქციის პროცესის (CEP) ანუ ე.წ. ფაზური გადატანის ექსტრაქციის (PTE) დასახმარებლად და გასაუმჯობესებლად. კატალიზური ექსტრაქცია გულისხმობს ჰეტეროგენულ არაშერეულ ფაზურ სისტემას, როგორიცაა სითხე-სითხე ან სითხე-მყარი. ულტრაბგერითი მაღალი ძვრის და კავიტაციური ძალები მნიშვნელოვნად აუმჯობესებენ ხსნადი ნივთიერებების გახსნის სიჩქარეს, რაც იწვევს უფრო სწრაფ და უფრო სრულყოფილ ექსტრაქციას. გარდა ამისა, ეს ეფექტი შეიძლება გამოყენებულ იქნას გამოყენებული გამხსნელის ან მჟავას რაოდენობის შესამცირებლად. როგორც დამტკიცებული ტექნიკა, ულტრაბგერითი დახმარებით ექსტრაქცია სულ უფრო მეტად გამოიყენება ეკოლოგიურად სუფთა ექსტრაქციის ტექნიკების ზრდადი მოთხოვნის გამო, რომლებიც უზრუნველყოფენ ექსტრაქციის დროის შემცირებას და ორგანული გამხსნელების ხარჯის შემცირებას.

კატალიზური ექსტრაქცია/ფაზური გადატანის ექსტრაქცია – საფუძვლები

ტერმინი “კატალიზური ექსტრაქციის პროცესი (CEP) ან ფაზური გადატანის ექსტრაქცია (PTE) აღწერს სითხე-სითხე ან მყარი-სითხე განაწილებას, როდესაც ანალიზების ექსტრაქცია და მოცილებაა ფოკუსირებული. ამიტომ, სითხე ან მყარი გამათხელებელი უნდა იყოს დისპერგირებული/ემულსირებული გამხსნელში (სითხე ფაზაში). ტერმინი “ექსტრაქტანტი” აღწერს მხოლოდ აქტიურ ნივთიერებას გამხსნელში (ანუ ჰომოგენურ ‘ორგანულ ფაზას’, რომელიც შეიცავს ექსტრაქტანტს, გამათხელებელს და/ან მოდიფიკატორს), რომელიც პირველ რიგში პასუხისმგებელია ნივთიერების გადატანაზე ‘წყლიანი’ ფაზიდან ‘ორგანულ’ ფაზაში. [IUPAC]. მიზნობრივი ნივთიერება, რომელიც ექსტრაქციის საგანია, ეწოდება ექსტრაქტი.
ტრადიციული ექსტრაქციის მეთოდები, როგორიცაა სოქსლეტის ექსტრაქცია, მაკერაცია, მიკროტალღური, პერკოლაცია, ექსტრაქცია რეფლუქსის პირობებში და ორთქლის დისტილაცია, ან ტურბო-ექსტრაქცია, ხშირად ნელი და არაეფექტურია და/ან მოითხოვს საშიში გამხსნელების მაღალ რაოდენობას, რაც იწვევს ფინანსურად ძვირადღირებულ და დროში გაწელილ პროცესს, რომელიც მავნეა გარემოსთვის.
ულტრაბგერა არის დამტკიცებული ალტერნატივა ტრადიციული ექსტრაქციის მეთოდების მიმართ, რომელიც უზრუნველყოფს უფრო სწრაფ და უფრო სრულყოფილ ექსტრაქციას ნაკლები ან საერთოდ არა საშიში გამხსნელების გამოყენებით! ულტრაბგერა არის მძლავრი ტექნიკა მწვანე, ეკოლოგიურად სუფთა დამუშავებისთვის.

ულტრაბგერითი დახმარებით კატალიზური ექსტრაქციის პრინციპი

ნივთიერების ექსტრაქციისთვის, არაშერეული ფაზები უნდა იყოს შერეული ისე, რომ ექსტრაქციის საგანი ნივთიერება შეძლოს გახსნას მატარებელი ფაზიდან გამხსნელის ფაზაში. უმეტეს შემთხვევაში, ფაზური გადატანის ექსტრაქციები ხორციელდება დისპერსიული ფაზიდან უწყვეტ ფაზაში, რაც ნიშნავს, რომ წვეთები და ნაწილაკები უნდა იყოს ჰომოგენურად დისპერგირებული გამხსნელში.
მძლავრი ულტრაბგერა არის კარგად ცნობილი შერევისა და ექსტრაქციის ტექნოლოგია, რომელსაც აქვს რამდენიმე დადებითი ეფექტი ექსტრაქციის პროცესზე:

ულტრაბგერითი ექსტრაქციის სარგებელი:

• საზღვრული ფენების დარღვევა
• ვან-დერ-ვაალსის ძალების დაძლევა
• გაუჯერებელი სითხის გადაადგილება საკონტაქტო ზედაპირზე
• გადატანის აგენტების საჭიროების შემცირება ან აღმოფხვრა
• დროის, ტემპერატურის და/ან კონცენტრაციის შემცირება
• ნაკლები სიჭარბე სრული გაჯერებისთვის საჭირო მოცულობასთან შედარებით
• ნაკლები მოცულობა გასამუშავებლად (მაგ. დისტილაციით, აორთქლებით, გამშრალებით)
• არ არის საჭირო მუდმივად აღრეული რეაქტორები (CSR)
• ენერგიის დაზოგვა
• არ არის პარტიული დამუშავება, არამედ ხაზოვანი დამუშავება
• ნაკლებად მჟავე ან იაფი გამხსნელის გამოყენება
• გამხსნელების თავიდან აცილება, გამოიყენეთ წყალხსნარი
• მაღალი მყარი კონცენტრაციების ან მაღალი სიბლანტის სუსპენზიების დამუშავება
• მწვანე დამუშავება: ეკოლოგიურად სუფთა
• ორგანული მჟავების გამოყენება, როგორიცაა ვაშლმჟავა ან ლიმონმჟავა
• მრავალსაფეხურიანი ექსტრაქციის პროცესების თავიდან აცილება

სითხე-სითხე ექსტრაქცია

კონვენციური პროცესი: სითხე-სითხე ექსტრაქცია არის განაწილების მეთოდი, რომელიც საშუალებას იძლევა ნივთიერებები ერთი სითხის ფაზიდან მეორე სითხის ფაზაში გადაიტანოთ, დაფუძნებული ნივთიერებების ფარდობით ხსნადობაზე ორ განსხვავებულ არაშერეულ სითხის ფაზაში. ულტრაბგერის გამოყენება აუმჯობესებს გახსნილი ნივთიერების გადატანის სიჩქარეს ორ ფაზას შორის მაღალი წარმადობის აღრევით,, ემულსიფიკაციით,და ხსნით!
სითხე-სითხე ექსტრაქცია არის გამიჯვნის ტექნიკა, რომელიც საშუალებას იძლევა ღირებული კომპონენტების იზოლირება და კონცენტრაცია წყალხსნარიდან ორგანული გამხსნელის გამოყენებით. სითხე-სითხე ექსტრაქცია ხშირად გამოიყენება, როდესაც სხვა გამიჯვნის ტექნიკები (მაგ. დისტილაცია) ეფექტური არ არის. სითხე-სითხე ექსტრაქცია გამოიყენება ფარმაცევტულ და კოსმეტიკურ (აქტიური კომპონენტები, API, სუნამოები), ასევე კვებისა და სოფლის მეურნეობის ინდუსტრიებში, ორგანული და არაორგანული ქიმიისთვის, ნავთობქიმიური ინდუსტრიისთვის და ჰიდრომეტალურგიისთვის.

პრობლემა: გავრცელებული პრობლემაა სითხის ფაზების არაშერევადობა (გამხსნელი და გამათხელებელი არაშერევადია), რის გამოც საჭიროა შესაბამისი აღრევის მეთოდი. ვინაიდან ორივე სითხის ფაზის თანაბარი აღრევა ხელს უწყობს ფაზურ გადატანას გამათხელებელსა და გამხსნელს შორის, საიმედო დისპერსიის ან ემულსიფიკაციის მეთოდი კრიტიკულია. რაც უფრო წვრილია ნარევი და რაც უფრო მაღალია საკონტაქტო ზედაპირი ორ ფაზას შორის, იმდენად უკეთესად შეუძლია გამხსნელს გადაადგილება ერთი სითხის ფაზიდან მეორე სითხის ფაზაში. კონვენციური ექსტრაქციის პროცესები ხშირად ვერ ახერხებენ მასობრივი გადატანის ხელშეწყობას, რის გამოც ექსტრაქციის პროცესი ნელია და ხშირად არასრული. ექსტრაქციის გასაუმჯობესებლად ხშირად გამოიყენება გამხსნელის ჭარბი რაოდენობა, რაც პროცესს აძვირებს და ეკოლოგიურად მავნე ხდის.
 

 
გადაწყვეტა: ულტრაბგერითი სითხე-სითხე ექსტრაქცია აჯობებს ტრადიციულ სითხე-სითხე ექსტრაქციის ტექნიკებს სხვადასხვა ასპექტში:
მძლავრი ულტრაბგერა საიმედოდ და მარტივად ერევს ორ ან მეტ სითხის ფაზას. ულტრაბგერითი დამუშავებით, წვეთები შეიძლება შემცირდეს ნანო ზომამდე, რის შედეგადაც მიიღება წვრილი მიკრო- და ნანო-ემულსიები . ამრიგად, გენერირებული კავიტაციური ძალები ხელს უწყობენ მასობრივ გადატანას სითხის ფაზებს შორის. ვინაიდან ულტრაბგერითი დამუშავება შეიძლება განხორციელდეს უწყვეტ ხაზოვან სისტემაში, დიდი მოცულობები და მაღალი სიბლანტის სითხეები შესაძლებელია პრობლემების გარეშე.
მაგრამ ასევე მიკროექსტრაქცია, მაგ. ანალიზის მიზნებისთვის, შეიძლება გაუმჯობესდეს ულტრაბგერითი დამუშავებითაც (მაგ. იონურ სითხეებზე დაფუძნებული მიკროექსტრაქცია ულტრაბგერითი ემულსიფიკაციით).

ულტრაბგერითი ექსტრაქციის სარგებელი:
ძლიერი ულტრაბგერითი ძალები – რომლებიც გენერირდება დაბალი სიხშირის/ მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერით – ხელს უწყობს

• წვეთების ფორმის შეცვლას
• ემულსიის გადატანის აგენტების ან ამფიფილური კატალიზატორების თავიდან აცილებას
• დეტერგენტების ან სურფაქტანტების გამოყენების თავიდან აცილებას
• ამფიფილური კატალიზატორების, დეტერგენტების ან სურფაქტანტების თავიდან აცილებას
• ტურბულენტური არასტაბილური ემულსიების გენერირებას სურფაქტანტური ფენების გარეშე

მყარი-სითხე ექსტრაქცია, გაუმჯობესებული ულტრაბგერით

მყარი–თხევადი ექსტრაქციის ან მყარფაზიანი ექსტრაქციის (SPE) მიზანია თხევად ნარევში გახსნილი ან შეწონილი ანალიტების გამოყოფა და მათი იზოლირება მატრიციდან მათი ფიზიკური და ქიმიური თვისებების მიხედვით. ამიტომ იზოლატი შესაბამისი გამხსნელის გამოყენებით სორბენტიდან ელუირდება. ექსტრაქციით გამოყოფილ ნივთიერებას ელუატი ეწოდება.
ტრადიციული SPE ტექნიკებია მაცერაცია, სოქსლეტის ექსტრაქცია, პერკოლაცია, უკუმაცივრით დუღილისა და ორთქლით დისტილაციის კომბინაცია ან მაღალსიჩქარიანი შერევა/ტურბოექსტრაქცია. მყარი–თხევადი ექსტრაქცია ნაერთების გამოყოფის გავრცელებული პროცედურაა ბიოლოგიაში, ქიმიაში, ასევე კვების, ფარმაცევტულ და კოსმეტიკურ მრეწველობაში. ლითონების ექსტრაქცია ასევე ცნობილია როგორც გამოტუტვა.
პრობლემა: ტრადიციული SPE ტექნიკები შრომატევადია და მოითხოვს შედარებით დიდი რაოდენობით გამხსნელებს, რომლებიც უმეტესად გარემოსთვის სახიფათოა და მას აბინძურებს. პროცესის მაღალმა ტემპერატურამ შეიძლება თერმულად მგრძნობიარე ექსტრაქტების დაშლაც კი გამოიწვიოს.
გადაწყვეტა: ულტრაბგერითი დახმარებით მყარი–თხევადი ექსტრაქციის დროს ტრადიციული SPE-ს გავრცელებული პრობლემების დაძლევა ჩვეულებრივ შესაძლებელია. ვინაიდან ულტრაბგერითი დამუშავება უზრუნველყოფს მყარი ნაწილაკების წვრილდისპერსიულ განაწილებას გამხსნელის ფაზაში, იზრდება ფაზათაშორისი ზედაპირის ფართობი, რაც აუმჯობესებს სამიზნე ნივთიერების მასის გადატანას გამხსნელში. ეს უზრუნველყოფს უფრო სწრაფ და სრულ ექსტრაქციას, ხოლო გამხსნელის მოხმარება მცირდება ან საერთოდ აღარ არის საჭირო (მის ნაცვლად თხევად ფაზად წყალი გამოიყენება). მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერის გამოყენებით მყარფაზიანი ექსტრაქცია შეიძლება ჩატარდეს უფრო ეფექტურად, ეკონომიურად და ეკოლოგიურად სუფთად. დამაბინძურებელი ან სახიფათო გამხსნელების მოხმარების შემცირების ან მათზე უარის თქმის გამო ულტრაბგერითი ექსტრაქცია შეიძლება განხილულ იქნეს როგორც ეკოლოგიურად სუფთა მწვანე პროცესი. ეკონომიკურად, პროცესის ხარჯები მცირდება ენერგიის, გამხსნელის და დროის დაზოგვის გამო.

ულტრაბგერითი ექსტრაქცია გამხსნელით

გამხსნელით ექსტრაქციის დროს გამხსნელი (მაგ. ორგანული გამხსნელი) გამოიყენება ნაერთის გასახსნელად და სხვა სითხიდან (მაგ. წყლის ფაზიდან) გამოსაყოფად. ზოგადად, უფრო პოლარული გახსნილი ნივთიერებები იხსნება უფრო პოლარულ გამხსნელში, ხოლო ნაკლებად პოლარული გახსნილი ნივთიერებები – ნაკლებად პოლარულ გამხსნელში. გამხსნელით ექსტრაქციის გამოყენებით შესაძლებელია დაჟანგული თიოფენების (სულფოქსიდები, სულფონები) გამოყოფა ზეთის ფაზიდან აცეტონიტრილის ან სხვა პოლარული გამხსნელების გამოყენებით. გამხსნელით ექსტრაქცია ასევე გამოიყენება ისეთი მასალების, როგორიცაა ურანი, პლუტონიუმი ან თორიუმი, მჟავა ხსნარებიდან ორგანოფოსფატურ ტრი-n-ბუტილ ფოსფატში ექსტრაქციისთვის (PUREX პროცესი).
შეამცირეთ თქვენი გამხსნელის გამოყენება: ულტრაბგერის გამოყენება მინიმიზებს გამხსნელების გამოყენებას პროცესში და ოპტიმიზებს პროდუქტის დატვირთვას გამხსნელში. ეს ასევე იწვევს უფრო სწრაფ და უფრო სრულ ექსტრაქციას.
დააწკაპუნეთ აქ, რათა მეტი გაიგოთ ულტრაბგერითი დახმარებით ჟანგვითი დესულფურიზაციის შესახებ!

სოქსლეტის ექსტრაქცია ულტრაბგერითი დახმარებით

სოქსლეტის ექსტრაქცია არის მყარი-სითხე ექსტრაქციის ტექნიკა, რომელიც ხშირად გამოიყენება სინთეზურ და ანალიტიკურ ლაბორატორიებში. სოქსლეტის ექსტრაქცია ძირითადად გამოიყენება, როდესაც ნივთიერებას აქვს მხოლოდ შეზღუდული გახსნადობა გამხსნელში, ხოლო მინარევი უხსნადია ამ გამხსნელში.
ულტრაბგერა შეიძლება ძალიან წარმატებით გაერთიანდეს სოქსლეტის ექსტრაქციასთან, რაც ზრდის ექსტრაქტის გამოსავლიანობას და ამცირებს ექსტრაქციის დროს.
გთხოვთ, დააწკაპუნოთ აქ, რათა მეტი გაიგოთ ულტრაბგერითი დახმარებით სოქსლეტის ექსტრაქციის შესახებ!

ექსტრაქცია ნადნობებში ულტრაბგერითი დამუშავების გამოყენებით

სითხე–სითხე ექსტრაქცია შესაძლებელია ისეთ ნარევებში, სადაც ერთი ან ორივე თხევადი ფაზა წარმოადგენს ნადნობს, როგორიცაა გამდნარი მარილები ან გამდნარი ლითონები, მაგალითად, ვერცხლისწყალი. ულტრაბგერით გამდინარე რეაქტორებში მძლავრი ულტრაბგერითი დამუშავება უშუალოდ ნაკადში საშუალებას იძლევა დამუშავდეს მაღალი სიბლანტის მქონე სითხეებიც კი, როგორიცაა ნადნობები.

გამოტუტვა ულტრაბგერითი დახმარებით

გამოტუტვა გულისხმობს მჟავების, გამხსნელების ან ცხელი წყლის გამოყენებას ინერტული, უხსნადი მყარი მატარებლიდან ხსნადი ნივთიერების შერჩევითად გასახსნელად. გამოტუტვა ხშირად გამოიყენება სამთო მრეწველობაში მადნებიდან ლითონების გამოსაყოფად.
ულტრაბგერითი გამოტუტვის უპირატესობები:

• გამოიწმინდეთ ფოროვანი მასალების მცირე ხვრელები
• გადალახეთ მემბრანების სელექციურობა
• დაშალეთ მყარი ნივთიერებები, დაშალეთ ფენებად და დეაგლომერატიზაცია გაუკეთეთ მყარ ნივთიერებებს
• მოაშორეთ პასიური ფენები
• ოქსიდური ფენების მოცილება
• დაასველეთ მასალის მთელი ზედაპირი, განსაკუთრებით მაღალი ზედაპირული დაჭიმულობის მქონე სითხეებისთვის
• ძვრის შედეგად სიბლანტის შემცირება

დააწკაპუნეთ აქ, რომ მეტი გაიგოთ ულტრაბგერითი გამოტუტვის შესახებ!

Hielscher-ის სონიკატორები ნებისმიერი წარმოების მოცულობისთვის

ულტრაბგერითი დამუშავება ლაბორატორიულ, მაგიდის მოწყობილობებისა და საწარმოო მასშტაბებზე: Hielscher-ის ყველა ულტრაბგერითი მოწყობილობა შექმნილია 24h/7d რეჟიმში მუშაობისთვის; ლაბორატორიულ ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებსაც კი შეუძლიათ მნიშვნელოვანი მოცულობების დამუშავება როგორც პერიოდულ, ისე გამდინარე რეჟიმში. მაგიდის და სამრეწველო ულტრაბგერითი მოწყობილობები დაპროექტებული და დამზადებულია სამრეწველო სტანდარტებით, რათა დიდი მოცულობებისა და მაღალი სიბლანტის მქონე მასალების დამუშავება უპრობლემოდ იყოს შესაძლებელი – რთულ პირობებშიც კი, როგორიცაა მაღალი წნევა და მაღალი ტემპერატურა (მაგ. ზეკრიტიკულ CO2-თან კომბინაციაში, ექსტრუზიის პროცესებისთვის და ა.შ.). Hielscher-ის გამძლე ულტრაბგერით მოწყობილობებს შეუძლიათ გამხსნელების, აბრაზიული სითხეებისა და კოროზიული ნივთიერებების დამუშავება. შესაბამისი აქსესუარები საშუალებას იძლევა ულტრაბგერითი სისტემა ოპტიმალურად მოერგოს ექსტრაქციის პროცესის მოთხოვნებს. სახიფათო გარემოში დასამონტაჟებლად ATEX ან FM სერტიფიცირებული აფეთქებისგან დაცული ულტრაბგერითი სისტემები ხელმისაწვდომია.
ამრიგად, Hielscher-ის მდგრადი და მძლავრი სონიკატორები და აქსესუარების ფართო არჩევანი საშუალებას იძლევა ულტრაბგერითი დამუშავება გაუკეთდეს ისეთ მასალებს, როგორიცაა ცხელი წყალი/ სითხეები, მჟავები, ლითონის ნადნობები, მარილის ნადნობები, გამხსნელები (მაგ. მეთანოლი, ჰექსანი; ორგანული, პოლარული გამხსნელები, მაგ. აცეტონიტრილი).

სქემა: ულტრაბგერითი ფაზური გადატანის ექსტრაქციის ეტაპები