Poliola sintēze, izmantojot ultraskaņas pāresterifikāciju

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

Pāresterificēšana ar ultraskaņu

Pāresterificēšanas reakcijas ir viens no svarīgākajiem sintēzes ceļiem, un tās tiek plaši izmantotas kā efektīvs paņēmiens augu eļļu pārvēršanai naftas produktu aizstājējos. Sono-sintēze (arī sonoķīmiskā sintēze, kas ir ķīmiskā sintēze, ko veicina, izmantojot augstas veiktspējas ultraskaņu), ir labi pazīstama ar savu labvēlīgo ietekmi uz pāresterifikāciju, 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 poliuretāna pagatavošanai. Jaudas ultraskaņas pielietošana rada labvēlīgus sonoķīmiskos efektus, kas ievērojami paātrina transesterifikācijas katalītisko reakciju. Turklāt ultraskaņas apstrāde uzlabo sintezēto poliolu ražu, jo akustiskās kavitācijas intensīvā sajaukšanas enerģija pārvar masas pārneses ierobežojumu. Ultraskaņas pāresterificēšanas reakcijas ir labi zināmas, lai efektīvi darbotos ar zemāku alkoholu un katalizatoru kā parastās pāresterifikācijas reakcijas. Tas noved pie uzlabotas vispārējās efektivitātes ar ultrasonikāciju.

Pentaeritritola Estera bāzes biolubrikanta ultraskaņas sintēze

Pentaeritritola esteri var efektīvi sintezēt no rapšu eļļas, izmantojot divpakāpju sonoķīmisko procesu, kā to pierāda Arumugam pētnieku komanda. Savā optimizācijas pētījumā pētnieki izmantoja Hielscher ultrasonicator UP400St (skatīt attēlu pa kreisi). Pirmajā sonoķīmiski veicinātajā pāresterificēšanā rapšu eļļu reaģē ar metanolu uz metilesteri. Otrajā pāresterifikācijas 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 ultraskaņā. Uzlabota pentaeritritola estera raža 81,4% apmērā tika veikta ar ultraskaņas impulsu 15 s, ultraskaņas amplitūdu 60%, katalizatora koncentrāciju 1,5 wt% 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 pāresterifikācijas process ir efektīva metode, lai aizstātu parasto secīgo pāresterifikācijas procesu pentaeritritola estera bāzes biolubrikanta sintēzei. Ultraskaņas pāresterificēšanas procesa galvenās priekšrocības ir palielināta pentaeritritola estera raža, saīsināts reakcijas laiks un ievērojami zemākas reakcijas temperatūras. (sal.: Arumugam et al., 2019)

Ultrasoniski intensificēta divpakāpju rapšu eļļas pāresterificēšana pentaeritritola esterim.
(adaptēts no Arumugam et al., 2019)

No pentanāla atvasināti acetālie esteri, izmantojot ultraskaņas sintēzi

Kurniawan pētnieku komanda sintezēja trīs no pentanāla atvasinātus acetalesterus, izmantojot sonoķīmisko metodi, izmantojot zaļās ķīmijas principus. Ultraskaņas apstrāde tika izmantota, lai veicinātu divus ķīmiskus soļus:

1. 9,10-dihidroksioktadekanoskābes esterifikācija
2. Alkil-9,10-dihidroksioktadekanoāta acetalizācija

Lai ražotu alkil-9,10- dihidroksiterāta esterus, ir vajadzīgi divi soļi un iegūti 67-85% iznākums. Efektivitātes novērtēšanai sonoķīmiskā metode tika salīdzināta ar parasto atteces metodi. Turklāt, lai noteiktu dažādu katalizatoru ietekmi un efektivitāti, tika izmantoti viendabīgi un cieti skābes katalizatori, proti, sērskābe (H2SO4), dabīgais bentonīts un H-bentonīts. Tika konstatēts, ka H-bentonīta katalizētās skābes-katalizējuma sonoķīmiskā esterifikācija deva produktus līdz pat 70% ražai 3 reizes īsākā reakcijas laikā nekā atteces metode, kas ir ievērojama. Pēdējais acetalizācijas solis ar n-pentanālu H-bentonīta klātbūtnē, izmantojot ultrasonication, nodrošināja trīs no pentanāla atvasinātus dioksolāna atvasinājumus 69–85% ražu, kas ir augstāka par parasto metodi. Atteces metodei bija nepieciešams ilgāks reakcijas laiks nekā sonoķīmiskajai metodei, jo ultraskaņas sintēzei bija nepieciešami tikai 10-30min. Papildus ievērojami īsākam reakcijas laikam ultraskaņas apstrādē, izmantojot sonoķīmisko metodi, tika iegūts ievērojams katra estera iznākums.
Pētnieks arī aprēķināja, ka sonoķīmiskās reakcijas enerģijas prasības ir aptuveni 62 reizes zemākas nekā parastās metodes enerģijas prasības. Tas samazina izmaksas un ir videi draudzīgs.
Katra produkta fizikāli ķīmisko īpašību pārbaude atklāja, ka metil-8-(2-butil-5-oktil-1,3-dioksolān-4-il)oktanoāts ir potenciāls jauns biolubrikants ar funkcijām, kas aizstāj parastās smērvielas. (sal.: Kurniawan et al., 2021)

Pentaeritrila esteru pāresterificēšana, izmantojot ultraskaņu

Pentaeritrila esteri var iegūt no augu eļļām, piemēram, saulespuķu, linsēklu un jatrofas eļļas. Hašema pētnieku komanda demonstrēja biobāzētu smērvielu sintēzi, izmantojot secīgus bāzes katalizējošus pāresterifikācijas pasākumus, kas ietvēra divus pāresterifikācijas soļus. Viņi demonstrēja sintēzes iespējamību, izmantojot saulespuķu, linsēklu un jatrofas eļļu. Pirmajā solī eļļas tika pārveidotas par atbilstošajiem metilesteriem. Otrajā procesā metilesteri tika pārveidoti par pentaeritrila esteriem ar pentaeritritola iedarbību, kā parādīts šādā shēmā: (sal. ar Hashem et al., 2013)

Pēc augu eļļas pāresterificēšanas par metilesteri metilesterus pentaeritrila esteri pārvērš pentaeritrila esteros, iedarbojoties pentaeriritolam, kā parādīts iepriekš minētajā shēmā.
(sal.: Hashem et al., 2013)

Ievērojami reakciju uzlabojošā ultrasonikācijas ietekme uz pāresterifikāciju ir zinātniski pierādīta un jau kopš gadu desmitiem rūpnieciski pieņemta. Visredzamākais piemērs ultrasoniski uzlabotai tranesterifikācijai ir eļļu un tauku pārvēršana taukskābju metilesterī (FAME), kas pazīstama kā biodīzeļdegviela.
Lasiet vairāk par (atkritumu) eļļu un tauku pāresterificēšanu ar ultraskaņu palīdzību biodīzeļdegvielā!

Ultraskaņas zondes un reaktori pāresterificēšanai un citām ķīmiskām sintēzēm

Hielscher Ultrasonics ir jūsu speciālists, kad runa ir par sarežģītiem augstas veiktspējas ultrasonikatoriem sonoķīmiskām 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 ilgu pieredzi tādās lietojumprogrammās kā sono-katalīze un sono-sintēze, mūsu labi apmācītie darbinieki ieteiks jums vispiemērotāko iestatījumu 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 iekārtas uzticamas lieljaudas lietojumiem sarežģītos apstākļos. Ir pieejami arī īpaši sonotrodi augstas temperatūras vai ļoti skarbai ķīmiskai vielai.
Augstākā kvalitāte – Izstrādāts un ražots Vācijā: Visas iekārtas ir projektētas un ražotas mūsu galvenajā galvenajā punktā Vācijā. Pirms piegādes klientam katra ultraskaņas ierīce tiek rūpīgi pārbaudīta ar pilnu slodzi. Mēs tiecamies pēc klientu apmierinātības, un mūsu produkcija ir strukturēta tā, lai tā atbilstu visaugstākajai kvalitātes nodrošināšanai (piemēram, ISO sertifikācijai).

Zemāk redzamā tabula sniedz norādes par mūsu ultraskaņas aparātu aptuveno apstrādes jaudu: