Poliola sintēze, izmantojot ultraskaņas pāresterificēšanu

Polioli ir sintētiski esteri, ko ražo galvenokārt, pāresterificējot triglicerīdus no augu eļļām vai dzīvnieku taukiem. Šie polioli ir izejvielas poliuretānu, biolubrikantu un citu cemikāliju ražošanai. Ultrasonication tiek izmantots, lai uzlabotu pāresterificēšanas reakcijas, izmantojot intensīvus bīdes spēkus un siltumenerģiju. Ultraskaņa un tās sonochemical efekti nodrošina reakcijas enerģiju un palīdz pārvarēt masas pārneses ierobežojumus. Tādējādi ultraskaņas apstrāde ievērojami uzlabo pāresterificēšanas ātrumu, ražu un vispārējo efektivitāti.

Pāresterificēšana ar ultraskaņas palīdzību

Pāresterificēšanas reakcijas ir viens no svarīgākajiem sintēzes ceļiem, un tās plaši izmanto kā efektīvu paņēmienu augu eļļu pārvēršanai naftas produktu aizstājējos. Sono-sintēze (arī sonoķīmiskā sintēze, kas ir ķīmiskā sintēze, ko veicina augstas veiktspējas ultraskaņa) ir labi pazīstama ar savu labvēlīgo ietekmi uz pāresterificēšanu, kā arī citiem ķīmiskiem procesiem.

Ilgtspējīga poliola sintēze no augu eļļām, izmantojot ultraskaņu

No augiem iegūtas taukskābes, t.i., augu eļļas, ir plaši pieejama un atjaunojama izejviela, un to var izmantot biobāzētu poliolu un poliuretānu pagatavošanai. Jaudas ultraskaņas pielietošana rada labvēlīgus sonoķīmiskos efektus, kas ievērojami paātrina pāresterificēšanas katalītisko reakciju. Turklāt ultraskaņas apstrāde uzlabo sintezēto poliolu ražu, jo akustiskās kavitācijas intensīvā sajaukšanas enerģija pārvar masas pārneses ierobežojumus. Ir labi zināms, ka ultraskaņas pāresterificēšanas reakcijas darbojas efektīvi ar zemāku alkoholu un katalizatoru kā parastās pāresterificēšanas reakcijas. Tas noved pie uzlabotas vispārējās efektivitātes ar ultrasonication.

Pentaeritritola estera bāzes biolubrikanta ultraskaņas sintēze

Pentaeritritola esteri var efektīvi sintezēt no rapšu eļļas, izmantojot divpakāpju sonoķīmisko procesu, kā to pierādīja Arumugam pētnieku komanda. Savā optimizācijas pētījumā pētnieki izmantoja Hielscher ultrasonicator UP400St (skatīt attēlu pa kreisi). Pirmajā sonoķīmiski veicinātajā pāresterificēšanā rapšu eļļa reaģē ar metanolu uz metilesteri. Otrajā pāresterificēšanas posmā metilesteris reaģē ar ksilolu un katalizatoru uz pentaeritritola esteri. Pētnieks koncentrējās uz ultraskaņas procesa parametru optimizāciju, lai uzlabotu pentaeritritola estera sintēzes ražu un vispārējo efektivitāti ultraskaņas apstākļos. Uzlabota 81,4% pentaeritritola estera raža tika paveikta ar ultraskaņas impulsu 15 s, ultraskaņas amplitūdu 60%, katalizatora koncentrāciju 1,5 masas% un reakcijas temperatūru 100 ° C. Kvalitātes kontrolei sonoķīmiski sintezētais pentaeritritola esteris tika salīdzināts ar sintētiskās kvalitātes kompresoru eļļu. Visbeidzot, pētījums liecina, ka ultrasoniski veicinātais secīgais pāresterificēšanas process ir efektīva metode, lai aizstātu parasto secīgo pāresterificēšanas procesu pentaeritritola estera bāzes biolubrikanta sintēzei. Ultraskaņas pāresterificēšanas procesa galvenās priekšrocības ir palielināta pentaeritritola estera raža, saīsināts reakcijas laiks un ievērojami zemākas reakcijas temperatūras. (sk. Arumugam et al., 2019)

Ultrasoniski pastiprināta rapšu eļļas divpakāpju pāresterificēšana uz pentaeritritola esteri.(adaptēts no Arumugam et al., 2019)

Pentanāli atvasinātie acetāla esteri, izmantojot ultraskaņas sintēzi

Kurniawan pētnieku komanda sintezēja trīs pentanāli iegūtus acetāla esterus, izmantojot sonochemical metodi, izmantojot zaļās ķīmijas principus. Ultraskaņas apstrāde tika izmantota, lai veicinātu divus ķīmiskos soļus:

1. 9,10-dihidroksioktadekānskābes esterificēšana
2. Alkil-9,10-dihidroksioktadekanoāta acetalizācija

Lai iegūtu alkil-9,10-dihidroksistearāta esterus, ir vajadzīgi divi posmi un iegūts 67-85% iznākums. Efektivitātes novērtēšanai sonochemical metode tika salīdzināta ar parasto atteces metodi. Turklāt, lai noteiktu dažādu katalizatoru ietekmi un efektivitāti, tika izmantoti homogēni un cietskābi katalizatori, proti, sērskābe (H2SO4), dabīgais bentonīts un H-bentonīts. Tika konstatēts, ka H-bentonīta katalizētās skābes sonoķīmiskā esterificēšana deva produktiem līdz 70% ražu 3 reizes īsākā reakcijas laikā nekā atteces metode, kas ir ievērojama. Pēdējais acetalizācijas solis ar n-pentanālu H-bentonīta klātbūtnē, izmantojot ultrasonication, nodrošināja trīs pentanāli atvasinātus dioksolāna atvasinājumus 69–85% ražā, kas ir augstāki par parasto metodi. Reflusa metode prasīja ilgāku reakcijas laiku nekā sonochemical metode, jo ultraskaņas sintēze prasīja tikai 10-30min. Papildus ievērojami īsākam reakcijas laikam ultraskaņas apstrādes apstākļos, izmantojot sonoķīmisko metodi, tika iegūta ievērojama katra estera raža.
Pētnieks arī aprēķināja, ka sonoķīmiskās reakcijas enerģijas prasības ir aptuveni 62 reizes zemākas nekā parastajai metodei. Tas samazina izmaksas un ir videi draudzīgs.
Pārbaudot katra produkta fizikāli ķīmiskās īpašības, atklājās, ka metil-8-(2-butil-5-oktil-1,3-dioksolīn-4-il)oktanoāts ir potenciāli jauna biolubrikants ar funkcijām, kas aizstāj parastās smērvielas. (sk. Kurniawan et al., 2021)

Pentaeritrilēsteru pāresterificēšana, izmantojot ultraskaņu

Pentaeritrilesteresterus var iegūt no augu eļļām, piemēram, saulespuķu, linsēklu un jatrofas eļļas. Hashem pētnieku komanda demonstrēja biobāzētu smērvielu sintēzi, izmantojot secīgu bāzes katalizētu pāresterificēšanu, kas ietver divus pāresterificēšanas posmus. Viņi demonstrēja sintēzes iespējamību, izmantojot saulespuķu, linsēklu un jatrofas eļļu. Pirmajā posmā eļļas tika pārveidotas par atbilstošajiem metilesteriem. Otrajā procesā metilesteri tika pārveidoti par pentaeritrilesteriem ar pentaeritritola iedarbību, kā parādīts šādā shēmā: (sal. ar Hashem et al., 2013)

Pēc augu eļļas pāresterificēšanas metilesterī metilesteri tiek pārvērsti pentaeritrilesteros ar pentaeritritola iedarbību, kā parādīts iepriekšējā shēmā.
(sal. ar Hashem et al., 2013)

Ultrasonication ievērojami reakcijas pastiprinošā ietekme uz pāresterificēšanu ir zinātniski pierādīta un jau kopš gadu desmitiem rūpnieciski pieņemta. Visredzamākais piemērs ultrasoniski uzlabotai tranesterifikācijai ir eļļu un tauku pārvēršana taukskābju metilesterī (FAME), kas pazīstams kā biodīzeļdegviela.
Lasiet vairāk par (atkritumu) eļļu un tauku pāresterificēšanu ar ultraskaņu biodīzeļdegvielā!

Ultraskaņas zondes un reaktori pāresterificēšanai un citām ķīmiskām sintēzēm

Hielscher Ultrasonics ir jūsu speciālists, kad runa ir par sarežģītiem augstas veiktspējas ultrasonikatoriem sonochemical reakcijām. Hielscher projektē, ražo un izplata lieljaudas ultrasonikatorus un piederumus, piemēram, zondes (sonotrodes), reaktorus un plūsmas šūnas jebkurā izmērā, un piegādā ķīmiskās laboratorijas, kā arī ķīmiskās ražošanas iekārtas rūpnieciskā mērogā. No kompaktām laboratorijas ultraskaņas ierīcēm līdz rūpnieciskām ultraskaņas zondēm un reaktoriem, Hielscher ir ideāla ultraskaņas sistēma jūsu procesam. Ar ilggadēju pieredzi tādās lietojumprogrammās kā sono-katalīze un sono-sintēze, mūsu labi apmācītie darbinieki ieteiks jums vispiemērotāko iestatīšanu jūsu prasībām.
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas sistēmas ar ļoti augstu izturību un spēj nodrošināt intensīvus ultraskaņas viļņus, jo visi Hielscher rūpnieciskie ultrasonikatori var nodrošināt ļoti augstas amplitūdas nepārtrauktā darbībā (24/7). Izturīgajām ultraskaņas sistēmām nav nepieciešama gandrīz nekāda apkope, un tās ir veidotas tā, lai tās darbotos. Tas padara Hielscher ultraskaņas aprīkojumu uzticamu lieljaudas lietojumiem sarežģītos apstākļos. Ir pieejami arī īpaši sonotrodes augstas temperatūras vai ļoti skarbas ķīmiskas vielas.
Augstākā kvalitāte – Izstrādāts un ražots Vācijā: Visas iekārtas ir projektētas un ražotas mūsu galvenajā mītnē Vācijā. Pirms piegādes klientam katra ultraskaņas ierīce tiek rūpīgi pārbaudīta ar pilnu slodzi. Mēs tiecamies uz klientu apmierinātību, un mūsu produkcija ir strukturēta tā, lai izpildītu visaugstāko kvalitātes nodrošināšanu (piemēram, ISO sertifikāciju).

Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu: