Polyolsynthes duerch Ultraschall-Transesterifikatioun

Polyole si syntheetesch Esteren, déi haaptsächlech duerch eng Transesterifikatioun vun Triglyceriden aus planzlechen Ueleger oder déieresche Fetter hiergestallt ginn. Dës Polyole sinn Ausgangsstoffer fir d’Produktioun vu Polyurethanen, Bioschmiermëttelen an anere Chemikalien. D’Ultraschallbehandlung gëtt agesat, fir Transesterifikatiounsreaktiounen duerch intensiv Schéierkräften an thermesch Energie ze verstäerken. Den Ultraschall a seng sonocheemesch Effekter liwwere Reaktiounsenergie an hëllefen, Limitatioune vum Stofftransport ze iwwerwannen. Doduerch verbessert d’Ultraschallbehandlung d’Geschwindegkeet vun der Transesterifikatioun, d’Ausbeut an d’Gesamteffizienz däitlech.

Ultraschallënnerstëtzt Transesterifikatioun

Transesterifikatiounsreaktioune gehéieren zu de wichtegste Synthesweeër a gi breet als effikass Technik agesat, fir planzlech Ueleger a Substituter fir Pëtrolsprodukter ëmzewandelen. D’Sonosynthes (och sonocheemesch Synthes, also eng cheemesch Synthes, déi duerch Héichleeschtungsultraschall gefërdert gëtt) ass fir hir positiv Auswierkungen op d’Transesterifikatioun an op aner cheemesch Prozesser bekannt.

Nohalteg Polyolsynthes aus planzlechen Ueleger mat Ultraschall

Fettsaieren aus Planzen, dat heescht planzlech Ueleger, sinn e breet verfügbaren an erneierbaren Ausgangsstoff a kënne fir d’Hierstellung vu biobaséierte Polyolen a Polyurethanen agesat ginn. Den Asaz vu Leeschtungsultraschall erzeugt gënschteg sonocheemesch Effekter, déi d’katalytesch Reaktioun vun der Transesterifikatioun däitlech beschleunegen. Zousätzlech erhéicht d’Ultraschallbehandlung d’Ausbeut u synthetiséierte Polyolen, well déi intensiv Mëschenergie vun der akustescher Kavitatioun d’Limitatioun vum Stofftransport iwwerwënnt. Ultraschall-Transesterifikatiounsreaktioune si bekannt dofir, datt si mat manner Alkohol a Katalysator wéi konventionell Transesterifikatiounsreaktiounen effizient oflafen. Dëst féiert duerch d’Ultraschallbehandlung zu enger verbesserter Gesamteffizienz.

Ultraschallsynthes vun engem Bioschmiermëttel op Basis vu Pentaerythritolester

Pentaerythritolester kann duerch en zweestufege sonocheemesche Prozess effizient aus Rapsueleg synthetiséiert ginn, wéi d’Fuerschungsekipp vum Arumugam gewisen huet. An hirer Optimiséierungsstudie hunn d’Fuerscher den Ultraschallapparat UP400St vun Hielscher benotzt (kuckt d’Bild lénks). Bei der éischter sonocheemesch gefërderter Transesterifikatioun gëtt Rapsueleg mat Methanol zu Methylester ëmgesat. Am zweeten Transesterifikatiounsschrëtt reagéiert de Methylester mat Xylol an engem Katalysator zu Pentaerythritolester. De Fuerscher huet sech op d’Optimiséierung vun den Ultraschallprozessparameter konzentréiert, fir d’Ausbeut an d’Gesamteffizienz vun der Pentaerythritolestersynthes ënner Ultraschall ze erhéijen. Eng verbessert Ausbeut vun 81,4% u Pentaerythritolester gouf mat engem Ultraschallimpuls vu 15 s, enger Ultraschallamplitud vu 60%, enger Katalysatorkonzentratioun vun 1,5 wt% an enger Reaktiounstemperatur vun 100°C erreecht. Fir d’Qualitéitskontroll gouf de sonocheemesch synthetiséierte Pentaerythritolester mat engem syntheetesche Kompressorueleg verglach. Als Schlussfolgerung weist d’Studie drop hin, datt de Prozess vun der ultraschallgefërderter successiver Transesterifikatioun eng effizient Method ass, fir de konventionelle Prozess vun der successiver Transesterifikatioun bei der Synthes vun engem Bioschmiermëttel op Basis vu Pentaerythritolester ze ersetzen. Déi wichtegst Virdeeler vum Ultraschall-Transesterifikatiounsprozess si méi héich Ausbeuten u Pentaerythritolester, eng verkierzt Reaktiounszäit an däitlech méi niddreg Reaktiounstemperaturen. (vgl. Arumugam et al., 2019)

Duerch Ultraschall intensivéiert zweestufeg Transesterifikatioun vu Rapsueleg zu Pentaerythritolester.
(adaptéiert no Arumugam et al., 2019)

Vum Pentanal ofgeleet Acetalesteren duerch Ultraschallsynthes

D’Fuerschungsekipp vum Kurniawan huet dräi vu Pentanal ofgeleet Acetalester mat enger sonocheemescher Method synthetiséiert an dobäi d’Prinzippie vun der grénger Chimie ugewannt. D’Ultraschallbehandlung gouf agesat, fir zwee cheemesch Schrëtt ze fërderen:

1. Veresterung vun 9,10-Dihydroxyoctadecansäier
2. Acetaliséierung vun Alkyl-9,10-dihydroxyoctadecanoat

Fir d’Ester vun Alkyl-9,10-dihydroxystearat hierzestellen, sinn zwee Schrëtt néideg, an et goufen Ausbeute vu 67–85% erreecht. Fir d’Effizienz ze bewäerten, gouf déi sonocheemesch Method mat der konventioneller Réckflosstechnik verglach. Ausserdeem goufen homogen a fest Saierkatalysatoren, nämlech Schwiefelsaier (H2SO4), natierleche Bentonit an H-Bentonit, benotzt, fir den Afloss an d’Effizienz vu verschiddene Katalysatoren ze bestëmmen. Et gouf festgestallt, datt déi sonocheemesch Veresterung vun der Saier mat H-Bentonit als Katalysator Produkter mat enger Ausbeut vu bis zu 70% an enger 3-mol méi kuerzer Reaktiounszäit wéi bei der Réckflossmethod erginn huet, wat bemierkenswäert ass. De leschten Acetaliséierungsschrëtt mat n-Pentanal a Presenz vun H-Bentonit ënner Ultraschallbehandlung huet dräi vu Pentanal ofgeleet Dioxolanderivater mat Ausbeute vu 69–85% erginn, déi méi héich si wéi bei der konventioneller Method. D’Réckflossmethod huet eng méi laang Reaktiounszäit gebraucht wéi déi sonocheemesch Method, well d’Ultraschallsynthes nëmmen 10–30min gebraucht huet. Nieft der däitlech méi kuerzer Reaktiounszäit ënner Ultraschallbehandlung gouf mat der sonocheemescher Method eng bemierkenswäert Ausbeut vun all Ester erreecht.
De Fuerscher huet och berechent, datt den Energiebedarf vun der sonocheemescher Reaktioun ongeféier 62-mol méi niddreg ass wéi dee vun der konventioneller Method. Dat reduzéiert d’Käschten an ass ëmweltfrëndlech.
D’Ënnersichung vun de physikalesch-cheemeschen Eegenschafte vun all Produkt huet gewisen, datt Methyl-8-(2-butyl-5-octyl-1,3-dioxolan-4-yl)octanoat e potenziellen neie Bioschmierstoff mat de Funktionalitéiten ass, fir üblech Schmierstoffer ze ersetzen. (vgl. Kurniawan et al., 2021)

Ëmesterung vu Pentaerythrylestere mat Ultraschall

Pentaerythrylester kënnen aus planzlechen Ueleger wéi Sonneblummen-, Leinsamen- a Jatrophaueleg gewonne ginn. D’Fuerschungsekipp vum Hashem huet d’Synthes vu biobaséierte Schmierstoffer iwwer successiv basekatalyséiert Ëmesterunge mat zwee Ëmesterungsschrëtt demonstréiert. Si hunn d’Machbarkeet vun der Synthes mat Sonneblummen-, Leinsamen- a Jatrophaueleg nogewisen. Am éischte Schrëtt goufen d’Ueleger an déi entspriechend Methylester ëmgewandelt. Am zweete Prozess goufen d’Methylester duerch d’Wierkung vu Pentaerythritol a Pentaerythrylester ëmgewandelt, wéi am follgende Schema gewisen: (vgl. Hashem et al., 2013)

No der Ëmesterung vu planzlechem Ueleg zu Methylester ginn d’Methylester duerch d’Wierkung vu Pentaerythritol a Pentaerythrylester ëmgewandelt, wéi am Schema uewen gewisen.
(vgl. Hashem et al., 2013)

D’Effekter vun der Ultraschallbehandlung, déi d’Ëmesterungsreaktioun däitlech verstäerken, si wëssenschaftlech bewisen a gi schonn zënter Joerzéngten industriell genotzt. Dat prominentst Beispill fir eng duerch Ultraschall verbessert Ëmesterung ass d’Ëmwandlung vun Ueleger a Fetter a Fettsaiermethylester (FAME), bekannt als Biodiesel.
Liest méi iwwer d’ultraschallënnerstëtzt Ëmesterung vu gebrauchten an aneren Ueleger a Fetter zu Biodiesel!

Ultraschallsonden a Reaktere fir d’Ëmesterung an aner cheemesch Synthesen

Hielscher Ultrasonics ass Äre Spezialist fir technologesch usprochsvoll Héichleeschtungsultraschallapparater fir sonochemesch Reaktiounen. Hielscher entwéckelt, fabrizéiert a verdeelt leeschtungsstaark Ultraschallapparater an Accessoirë wéi Sonden (Sonotroden), Reakteren an Duerchflosszellen an alle Gréissten a beliwwert souwuel chemesch Laboratoirë wéi och chemesch Produktiounsanlagen am industrielle Moossstaf. Vu kompakten Ultraschallapparater fir de Laboratoire bis zu industriellen Ultraschallsonden a Reakteren huet Hielscher den idealen Ultraschallsystem fir Äre Prozess. Mat laangjäreger Erfarung an Uwendunge wéi Sonokatalys a Sonosynthes recommandéiert Iech eist gutt ausgebilt Personal déi gëeegentst Konfiguratioun fir Är Ufuerderungen.
Hielscher Ultrasonics fabrizéiert ganz robust Héichleeschtungsultraschallsystemer, déi intensiv Ultraschallwellen erzeuge kënnen, well all industriell Ultraschallapparater vun Hielscher ganz héich Amplituden am Dauerbetrib (24/7) liwwere kënnen. Déi robust Ultraschallsystemer brauche bal keen Ënnerhalt a si fir e bestännege Betrib gebaut. Doduerch sinn d’Ultraschallapparater vun Hielscher zouverlässeg fir schwéier Uwendungen ënner usprochsvolle Bedéngungen. Speziell Sonotrode fir héich Temperaturen oder ganz aggressiv chemesch Bedéngunge sinn och disponibel.
Héchst Qualitéit – An Däitschland entwéckelt a fabrizéiert: All Apparater ginn an eisem Haaptsëtz an Däitschland entwéckelt a fabrizéiert. Virun der Liwwerung un de Client gëtt all Ultraschallapparat suergfälteg ënner voller Laascht getest. Mir striewen d’Zefriddenheet vun eise Clienten un, an eis Produktioun ass esou strukturéiert, datt si déi héchst Qualitéitssécherung erfëllt (z. B. ISO-Zertifizéierung).

Déi folgend Tabell gëtt Iech en Hiweis op déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater: