Ultraschallënnerstëtzt katalytesch Extraktioun

Hielscher Ultraschallreaktere ginn a ville Industrien agesat, fir d’katalytesch Extraktiounsveraarbechtung (CEP) oder déi sougenannt Phasentransferextraktioun (PTE) ze ënnerstëtzen an ze verbesseren. Bei der katalytescher Extraktioun gëtt en heterogeent System aus net mëschbare Phasen agesat, zum Beispill flësseg-flësseg oder flësseg-fest. Déi héich Schéierwierkung an d’Kavitatiounskräfte vum Ultraschall erhéijen d’Opléisungsvitesse vun de opgeléiste Stoffer däitlech, wat zu enger méi séierer a méi kompletter Extraktioun féiert. Zousätzlech kann dësen Effekt genotzt ginn, fir d’Quantitéit u benotztem Léisungsmëttel oder benotzter Saier ze reduzéieren. Als bewäert Technik gëtt d’ultraschallënnerstëtzt Extraktioun ëmmer méi agesat, well d’Nofro no ëmweltfrëndlechen Extraktiounstechnike mat méi kuerzen Extraktiounszäiten an engem reduzéierte Verbrauch un organesche Léisungsmëttelen zouhëlt.

Katalytesch Extraktioun/Phasentransferextraktioun – Grondlagen

De Begrëff „katalytesch Extraktiounsveraarbechtung (CEP) oder Phasentransferextraktioun (PTE)“ beschreift d’flësseg-flësseg oder fest-flësseg Verdeelung, wann d’Extraktioun an d’Ewechhuele vun Analyten am Mëttelpunkt stinn. Dofir muss dat flëssegt oder fest Verdënnungsmëttel am Léisungsmëttel (flësseg Phas) dispergéiert/emulgéiert ginn. De Begrëff „Extraktiounsmëttel“ bezeechent nëmmen déi aktiv Substanz am Léisungsmëttel (d. h. déi homogen „organesch Phas“, déi d’Extraktiounsmëttel, d’Verdënnungsmëttel an/oder de Modifikator ëmfaasst), déi haaptsächlech fir den Transfert vum opgeléiste Stoff aus der „wässerlecher“ an déi „organesch“ Phas verantwortlech ass. [IUPAC]. Den Zilstoff, deen extrahéiert gëtt, gëtt als Extrakt bezeechent.
Traditionell Extraktiounsmethode wéi d’Soxhlet-Extraktioun, d’Mazeratioun, d’Mikrowellenextraktioun, d’Perkolatioun, d’Extraktioun ënner Réckfloss an d’Waasserdampdestillatioun oder d’Turboextraktioun sinn dacks lues an ineffizient an/oder erfuerderen eng grouss Quantitéit u geféierleche Léisungsmëttelen, wat zu engem deieren an zäitopwännege Prozess féiert, deen der Ëmwelt schuet.
Ultraschall ass eng bewäert Alternativ zu konventionellen Extraktiounsmethoden, déi eng méi séier a méi komplett Extraktioun mat manner oder ouni geféierlech Léisungsmëttelen erméiglecht! Ultraschall ass eng leeschtungsstaark Technik fir eng gréng, ëmweltfrëndlech Veraarbechtung.

Prinzip vun der ultraschallënnerstëtzter katalytescher Extraktioun

Fir e Stoff ze extrahéieren, mussen déi net mëschbar Phase gemëscht ginn, soudatt de Stoff, deen extrahéiert soll ginn, aus der Dréierphas eraus an d’Léisungsmëttelphas opgeléist ka ginn. Am heefegste gi Phasentransferextraktiounen aus enger disperser Phas an eng kontinuéierlech Phas duerchgefouert, wat bedeit, datt Drëpsen a Partikelen homogen am Léisungsmëttel dispergéiert musse ginn.
Leeschtungsultraschall ass eng bekannt Mësch- an Extraktiounstechnologie, déi verschidde positiv Auswierkungen op den Extraktiounsprozess huet:

Virdeeler vun der Ultraschallextraktioun:

• Grenzschichten opbriechen
• Van-der-Waals-Kräften iwwerwannen
• ongesättegt Flëssegkeet un d’Kontaktfläch bréngen
• de Besoin u Transfertmëttel reduzéieren oder eliminéieren
• Zäit, Temperatur an/oder Konzentratioun reduzéieren
• manner Iwwerschoss am Verglach zum Volumen, dat fir eng vollstänneg Sättegung néideg ass
• manner Volumen, dat muss raffinéiert ginn (z. B. duerch Destillatioun, Verdampfung, Dréchnen)
• keng kontinuéierlech geréiert Reakteren (CSR)
• Energie spueren
• Inline-Veraarbechtung amplaz vu Chargeveraarbechtung
• e manner sauert oder méi bëllegt Léisungsmëttel benotzen
• Léisungsmëttel vermeiden, amplaz eng waasserbaséiert Flëssegkeet benotzen
• héich Feststoffkonzentratiounen oder héichviskos Schlämm verschaffen
• gréng Veraarbechtung: ëmweltfrëndlech
• organesch Saieren, wéi Äppelsaier oder Zitrounesaier, benotzen
• Extraktiounsprozesser a méi Etappe vermeiden

Flësseg-Flësseg-Extraktioun

Konventionelle Prozess: D’Flësseg-Flësseg-Extraktioun ass eng Verdeelungsmethod, fir Substanzen aus enger flësseger Phas an eng aner flësseg Phas ze extrahéieren, op Basis vun der relativer Léisslechkeet vun de Substanzen an den zwou verschiddenen, net matenee mëschbare flëssege Phasen. Den Asaz vun Ultraschall verbessert d’Vitesse, mat där de geléiste Stoff tëscht den zwou Phasen iwwerdroe gëtt, duerch leeschtungsstaarkt Mëschen, Emulgéieren, an Opléisen!
D’Flësseg-Flësseg-Extraktioun ass eng Trenntechnik, fir wäertvoll Bestanddeeler mat engem organesche Léisungsmëttel aus enger wässerlecher Léisung ze isoléieren an ze konzentréieren. D’Flësseg-Flësseg-Extraktioun gëtt dacks agesat, wann aner Trenntechniken (z. B. Destillatioun) net wierksam sinn. D’Flësseg-Flësseg-Extraktioun gëtt an der pharmazeutescher a kosmetescher Industrie (Wierkstoffer, APIen, Doftstoffer), an der Liewensmëttel- an Agrarindustrie, fir organesch an anorganesch Chimie, an der petrochemescher Industrie an an der Hydrometallurgie agesat.

Problem: E verbreetent Problem ass, datt déi flësseg Phasen net matenee mëschbar sinn (Léisungsmëttel a Verdënnungsmëttel sinn net matenee mëschbar), soudatt eng gëeegent Mëschmethod néideg ass. Well eng gläichméisseg Mëschung vun deenen zwou flëssege Phasen de Phasentransfert tëscht Verdënnungsmëttel a Léisungsmëttel fërdert, ass eng zouverlässeg Dispergéierungs- oder Emulgéierungsmethod entscheedend. Wat d’Mëschung méi fein an d’Kontaktfläch tëscht deenen zwou Phase méi grouss ass, wat de geléiste Stoff besser vun enger flësseger Phas an eng aner flësseg Phas iwwergoe kann. Konventionell Extraktiounsprozesser fërderen de Stofftransport meeschtens net genuch, soudatt den Extraktiounsprozess lues an dacks onvollstänneg ass. Fir d’Extraktioun ze verbesseren, ginn dacks iwwerméisseg Quantitéite vu Léisungsmëttel benotzt, wat de Prozess deier mécht an d’Ëmwelt belaascht.
 

 
Léisung: D’Flësseg-Flësseg-Extraktioun mat Ultraschall ass den traditionelle Methode vun der Flësseg-Flësseg-Extraktioun a verschiddene Punkten iwwerleeën:
Héichleeschtungsultraschall vermëscht zwou oder méi flësseg Phasen zouverlässeg an einfach mateneen. Duerch d’Ultraschallbehandlung kënnen Drëpsen op Nanogréisst reduzéiert ginn, soudatt fein Mikro- an Nanoemulsiounen entstinn. Dobäi fërderen déi entstane Kavitatiounskräften de Stofftransport tëscht de flëssege Phasen. Well d’Ultraschallbehandlung an engem kontinuéierlechen Inline-System ka gemaach ginn, kënne grouss Volumen an héichviskos Flëssegkeeten kënnen ouni Problemer verschafft ginn.
Awer och d’Mikroextraktioun, z. B. fir analytesch Zwecker, kann duerch Ultraschallbehandlung verbessert ginn (z. B. Mikroextraktioun op Basis vun ionesche Flëssegkeete mat Ultraschallemulgéierung).

Virdeeler vun der Ultraschallextraktioun:
Staark Ultraschallkräften – déi duerch Ultraschall mat niddreger Frequenz an héijer Leeschtung generéiert ginn – hëllefen dobäi,

• Drëpsen nei ze formen
• Emulsiounstransfermëttel oder amphiphil Katalysatoren ze vermeiden
• d’Benotzung vun Detergenzien oder Tensiden ze vermeiden
• amphiphil Katalysatoren, Detergenzien oder Tensiden ze vermeiden
• turbulent, onstabil Emulsiounen ouni Tensidschichten ze generéieren

Duerch Ultraschall verbessert Feststoff-Flëssegkeet-Extraktioun

D’Zil vun der Feststoff-Flëssegkeet-Extraktioun oder Festphasenextraktioun (SPE) ass et, Analyten, déi an enger flësseger Mëschung opgeléist oder suspendéiert sinn, ze trennen an no hire physikaleschen a chemeschen Eegenschaften aus enger Matrix ze isoléieren. Dofir gëtt d’Isolat mat Hëllef vun engem gëeegente Léisungsmëttel aus dem Sorbens eluéiert. Déi extrahéiert Substanz gëtt Eluat genannt.
Konventionell SPE-Technike sinn d’Mazeratioun, d’Soxhlet-Extraktioun, d’Perkolatioun, d’Kombinatioun vu Réckfloss- an Dampdestillatioun oder d’Mësche mat héijer Vitess/Turboextraktioun. D’Feststoff-Flëssegkeet-Extraktioun ass e geleefegt Verfare fir Verbindungen an der Biologie, der Chimie souwéi an der Liewensmëttel-, Pharma- a Kosmetikindustrie ze trennen. D’Extraktioun vu Metaller ass och als Auslaugung bekannt.
Problem: Konventionell SPE-Technike si bekannt dofir, datt si zäitopwänneg sinn a relativ grouss Quantitéite vu Léisungsmëttel erfuerderen, déi meeschtens ëmweltgeféierlech an ëmweltverschmotzend sinn. Héich Prozesstemperature kënne souguer dozou féieren, datt hëtztempfindlech Extrakter zerstéiert ginn.
Léisung: Mat enger ultraschallënnerstëtzter Feststoff-Flëssegkeet-Extraktioun kënnen déi geleefeg Problemer vun der traditioneller SPE normalerweis iwwerwonne ginn. Well d’Ultraschallbehandlung fir eng fein Verdeelung vun de Feststoffer an der Léisungsmëttelphas suergt, steet eng méi grouss Grenzfläch zur Verfügung, sou datt de Stofftransport vun der Zilsubstanz an d’Léisungsmëttel verbessert gëtt. Dëst féiert zu enger méi séierer a méi kompletter Extraktioun, wärend de Verbrauch vu Léisungsmëttel reduzéiert oder ganz vermeit gëtt (amplaz Waasser als flësseg Phas benotzen). Duerch den Asaz vu leeschtungsstaarkem Ultraschall kann d’Festphasenextraktioun méi effizient, méi wirtschaftlech a méi ëmweltfrëndlech duerchgefouert ginn. Well ëmweltverschmotzend oder geféierlech Léisungsmëttel reduzéiert oder vermeit ginn, kann d’Ultraschallextraktioun als ëmweltfrëndleche grénge Prozess ugesi ginn. Aus wirtschaftlecher Siicht ginn d’Prozesskäschten duerch d’Aspuerunge vun Energie, Léisungsmëttel an Zäit reduzéiert.

Ultraschall-Léisungsmëttelextraktioun

Bei enger Léisungsmëttelextraktioun gëtt e Léisungsmëttel (z. B. en organescht Léisungsmëttel) benotzt, fir eng Verbindung aus enger anerer Flëssegkeet (z. B. enger wässerlecher Phas) ze léisen an ze trennen. Allgemeng léise sech déi méi polar opgeléiste Stoffer am méi polare Léisungsmëttel an déi manner polar opgeléiste Stoffer am manner polare Léisungsmëttel. Mat der Léisungsmëttelextraktioun ass et méiglech, oxidéiert Thiophenen (Sulfoxiden, Sulfonen) mat Acetonitril oder anere polare Léisungsmëttel aus enger Uelegphas ze trennen. D’Léisungsmëttelextraktioun gëtt och benotzt, fir Stoffer wéi Uran, Plutonium oder Thorium aus saiere Léisungen an den Organophosphat Tri-n-butylphosphat ze extrahéieren (PUREX-Prozess).
Reduzéiert Äre Verbrauch vu Léisungsmëttel: Den Asaz vun Ultraschall miniméiert de Verbrauch vu Léisungsmëttel am Prozess an optiméiert d’Produktbelaaschtung am Léisungsmëttel. E féiert och zu enger méi séierer a méi kompletter Extraktioun.
Klickt hei, fir méi iwwer déi ultraschallënnerstëtzt oxidativ Entschwiefelung ze liesen!

Ultraschallënnerstëtzt Soxhlet-Extraktioun

D’Soxhlet-Extraktioun ass eng Feststoff-Flëssegkeet-Extraktiounstechnik, déi dacks a syntheeteschen an analytesche Laboratoirë benotzt gëtt. D’Soxhlet-Extraktioun gëtt haaptsächlech agesat, wann eng Substanz nëmmen eng limitéiert Léislechkeet an engem Léisungsmëttel huet an d’Veronrengegung an deem Léisungsmëttel onléislech ass.
Ultraschall ka mat ganz guddem Erfolleg mat der Soxhlet-Extraktioun kombinéiert ginn, wat zu méi héijen Ausbezuelen an enger méi kuerzer Extraktiounszäit féiert.
Klickt wgl. hei, fir méi iwwer déi ultraschallënnerstëtzt Soxhlet-Extraktioun ze gewuer ze ginn!

Extraktioun a Schmelze mat Ultraschallbehandlung

Flësseg-Flësseg-Extraktioune kënnen a Mëschungen duerchgefouert ginn, an deenen entweder eng oder béid flësseg Phase Schmelze sinn, wéi geschmolze Salzer oder geschmolze Metaller, wéi Quecksëlwer. Eng leeschtungsstaark Inline-Ultraschallbehandlung an Ultraschall-Duerchflosszellreakteren erlaabt et, souguer Flëssegkeete mat héijer Viskositéit wéi Schmelzen ze verschaffen.

Ultraschallënnerstëtzt Auslauge

Auslauge beschreift d’Benotzung vu Saieren, Léisungsmëttelen oder waarmem Waasser, fir e geléiste Stoff selektiv aus engem inerten, onléisleche festen Trägermaterial erauszeléisen. Auslauge gëtt dacks am Biergbau benotzt, fir Metaller aus Äerzer ze gewannen.
Virdeeler vum Auslauge mat Ultraschall:

• kleng Ëffnunge vu poréise Materialien ausspullen
• d’Selektivitéit vu Membranen iwwerwannen
• Feststoffer zerstéieren, delaminéieren an deagglomeréieren
• passiv Schichten ewechhuelen
• Oxidschichten ewechhuelen
• déi ganz Materialuewerfläch benetzen, besonnesch bei Flëssegkeete mat héijer Uewerflächespannung
• Ofhuele vun der Viskositéit duerch Schéierbelaaschtung

Klickt hei, fir méi iwwer d’Auslauge mat Ultraschall gewuer ze ginn!

Hielscher Ultraschallapparater fir all Produktiounsvolumen

Ultraschallbehandlung am Labo-, Technikum- a Produktiounsmoossstaf: All Hielscher Ultraschallapparater si fir e Betrib vu 24h/7d gebaut; souguer d’Ultraschallhomogenisateure fir de Labo kënne beträchtlech Volumenen am Chargen- oder Duerchflossbetrib verschaffen. D’Ultraschallapparater fir den Technikum an d’Industrie sinn no industrielle Qualitéitsnormen entworf a gebaut, sou datt grouss Volumenen an héich Viskositéiten ouni Problemer verschafft kënne ginn – och ënner usprochsvolle Bedéngunge wéi héijen Drécker an héijen Temperaturen (z. B. a Kombinatioun mat iwwerkriteschem CO2, fir Extrusiounsprozesser asw.). Déi robust Ultraschallapparater vun Hielscher kënne Léisungsmëttelen, abrasiv Flëssegkeeten a korrosiv Stoffer verschaffen. Passend Accessoirë maachen et méiglech, den Ultraschallsystem optimal un d’Ufuerderunge vum Extraktiounsprozess unzepassen. Fir d’Installatioun a geféierlechen Ëmfeld si no ATEX oder FM klasséiert explosiounsgeschützt Ultraschallsystemer disponibel.
Domat erméiglechen déi robust a leeschtungsstaark Ultraschallapparater vun Hielscher an déi breet Auswiel un Accessoiren d’Ultraschallbehandlung vu Materialie wéi waarmem Waasser/Flëssegkeeten, Saieren, Metallschmelzen, Salzschmelzen a Léisungsmëttelen (z. B. Methanol, Hexan; organesch, polar Léisungsmëttele wéi z. B. Acetonitril).

Flossdiagramm: Etappe vun der ultraschallënnerstëtzter Phasentransferextraktioun