Ultrasoniski atbalstīta katalītiskā ekstrakcija

Hielscher ultraskaņas reaktori tiek izmantoti daudzās nozarēs, lai palīdzētu un uzlabotu katalītisko ekstrakcijas apstrādi (CEP) vai tā saukto fāzes pārneses ekstrakciju (PTE). Katalītiskā ekstrakcija ietver neviendabīgu nesajaucamu fāzes sistēmu, piemēram, šķidrumu-šķidrumu vai šķidruma-cietu vielu. Ultraskaņas augstas bīdes un kavitācijas spēki ievērojami uzlabo šķīdināšanas ātrumu, kas noved pie ātrākas un pilnīgākas ekstrakcijas. Turklāt šo efektu var izmantot, lai samazinātu izmantotā šķīdinātāja vai skābes daudzumu. Kā pierādīta metode, ultrasoniski atbalstītā ekstrakcija tiek izmantota arvien vairāk, jo pieaug pieprasījums pēc videi draudzīgām ekstrakcijas metodēm ar saīsinātu ekstrakcijas laiku un samazinātu organisko šķīdinātāju patēriņu.

Katalītiskā ekstrakcija / fāzes pārneses ekstrakcija – Pamati

Termins “Katalītiskā ekstrakcijas apstrāde (CEP) vai fāzes pārneses ekstrakcija (PTE) apraksta šķidruma-šķidruma vai cietā-šķidruma sadalījumu, kad tiek fokusēta analizējamo vielu ekstrakcija un atdalīšana. Tāpēc šķidrais vai cietais atšķaidītājs ir jādisperģē/ jāemulģē šķīdinātājā (šķidrā fāze). Ar terminu “ekstrakts” Aprakstīta tikai aktīvā viela šķīdinātājā (t.i., homogēnā 'organiskā fāze’ kas sastāv no ekstrakta, atšķaidītāja un/vai modifikatora), kas galvenokārt atbild par izšķīdušās vielas pārnešanu no "ūdens’ uz "bioloģisko’ fāze. [IUPAC]. Mērķa vielu, kas tiek iegūta, sauc par ekstraktu.
Tradicionālās ekstrakcijas metodes, piemēram, soksleta ekstrakcija, macerācija, mikroviļņu krāsns, perkolācija, ekstrakcija ar atteci un destilācija ar tvaiku vai turboekstrakcija, bieži vien ir lēnas un neefektīvas, un/vai tām ir vajadzīgs liels daudzums bīstamu šķīdinātāju, kā rezultātā process ir izmaksu ietilpīgs un laikietilpīgs, kas ir kaitīgs videi.
Ultraskaņa ir pierādīta alternatīva parastajām ekstrakcijas metodēm, kas nodrošina ātrāku un pilnīgāku ekstrakciju ar mazāk vai bez bīstamiem šķīdinātājiem! Ultraskaņa ir spēcīga tehnika zaļai, evironmentāli draudzīgai apstrādei.

Ultrasoniski atbalstītas katalītiskās ekstrakcijas princips

Lai ekstrahētu vielu, nesajaucamās fāzes jāsamaisa tā, lai ekstrahējamo vielu no nesējfāzes varētu izšķīdināt šķīdinātāja fāzē. Visbiežāk fāzes pārneses ekstrakcijas tiek veiktas no disperģējošās fāzes nepārtrauktā fāzē, kas nozīmē, ka pilieni un daļiņas ir vienmērīgi jāizkliedē šķīdinātājā.
Jaudas ultraskaņa ir labi pazīstama sajaukšanas un ekstrakcijas tehnoloģija, kurai ir vairākas pozitīvas sekas ekstrakcijas procesā:

Ultraskaņas ekstrakcijas priekšrocības:

• pārraut robežslāņus
• pārvarēt van-der-Waals spēkus
• pārvietot nepiesātināto šķidrumu uz saskares virsmu
• samazināt vai novērst nepieciešamību pēc pārnešanas līdzekļiem;
• samazināt laiku, temperatūru un/vai koncentrāciju;
• mazāks pārsniegums, salīdzinot ar tilpumu, kas nepieciešams pilnīgai piesātināšanai
• mazāks rafinējamais tilpums (piemēram, destilējot, iztvaicējot, žāvējot)
• nav nepārtraukti maisāmu reaktoru (CSR)
• Taupiet enerģiju
• nav pakešu, bet inline apstrāde
• izmantojiet mazāk skābu vai lētāku šķīdinātāju
• izvairieties no šķīdinātājiem, tā vietā izmantojiet ūdeni
• apstrādāt augstas cietvielu koncentrācijas vai augstas viskozitātes vircas
• Zaļā pārstrāde: videi draudzīga
• izmantot organiskās skābes, piemēram, ābolskābi vai citronskābi
• izvairieties no daudzpakāpju ekstrakcijas procesiem

šķidruma-šķidruma ekstrakcija

Parastais process: Šķidruma-šķidruma ekstrakcija ir sadalīšanas metode, lai ekstrahētu vielas no vienas šķidrās fāzes citā šķidrā fāzē, pamatojoties uz vielu relatīvo šķīdību divās dažādās nesajaucamās šķidrās fāzēs. Ultraskaņas izmantošana uzlabo ātrumu, kādā izšķīdināšana tiek pārnesta starp abām fāzēm ar augstu veiktspēju Sajaukšanas, Emulģēšanaun Izšķīdinot!
Šķidruma-šķidruma ekstrakcija ir atdalīšanas metode, lai izolētu un koncentrētu vērtīgus komponentus no ūdens šķīduma, izmantojot organisko šķīdinātāju. Šķidruma un šķidruma ekstrakciju bieži izmanto, ja citas atdalīšanas metodes (piemēram, destilācija) ir neefektīvas. Šķidruma-šķidruma ekstrakcija tiek izmantota farmācijā & kosmētika (aktīvie savienojumi, AFV, smaržvielas), kā arī pārtikas un lauksaimniecības rūpniecība organiskajai un neorganiskajai ķīmijai, naftas ķīmijas rūpniecībai un hidrometalurģijai.

Problēma: Bieži sastopama problēma ir šķidro fāžu nesajaucamība (šķīdinātājs un atšķaidītājs ir nesajaucami), tāpēc ir nepieciešama pareiza sajaukšanas metode. Tā kā vienmērīga abu šķidro fāžu sajaukšana veicina fāžu pārnesi starp atšķaidītāju un šķīdinātāju, izšķiroša nozīme ir drošai disperģēšanas vai emulgācijas metodei. Jo smalkāks ir maisījums un jo lielāks ir saskares laukums starp abām fāzēm, jo labāk šķīdinātājs var pārvietoties no vienas šķidrās fāzes uz citu šķidro fāzi. Tradicionālie ekstrakcijas procesi galvenokārt neveicina masas pārnesi, tāpēc ekstrakcijas process ir lēns un bieži vien nepilnīgs. Lai uzlabotu ekstrakciju, bieži tiek izmantots pārmērīgs šķīdinātāja daudzums, kas padara procesu dārgu un videi piesārņojošu.
 

 
Šķīdums: Ultraskaņas šķidruma-šķidruma ekstrakcija izceļas ar tradicionālajām šķidruma-šķidruma ekstrakcijas metodēm dažādos punktos:
Jaudas ultraskaņa sajauc divas vai vairākas šķidrās fāzes uzticamas un viegli kopā. Ar ultrasonication, pilienus var samazināt līdz nano izmēram, lai labi mikro- un nanoemulsijas ir iegūti. Tādējādi radītie kavitācijas spēki veicina masas pārnesi starp šķidrajām fāzēm. Tā kā ultraskaņas apstrādi var veikt nepārtrauktā inline sistēmā, lieli apjomi un ļoti viskozi šķidrumi var rīkoties bez problēmām.
Bet arī mikro ekstrakciju, piemēram, analītiskiem nolūkiem, var uzlabot arī ar ultraskaņu (piemēram, jonu šķidruma bāzes mikro ekstrakcija ar ultraskaņas emuulsifikāciju).

Ultraskaņas ekstrakcijas priekšrocības:
Spēcīgi ultraskaņas spēki – Ģenerē zemas frekvences / lieljaudas ultraskaņa – palīdz

• pārveidot pilienus
• izvairieties no emulsijas pārneses līdzekļiem vai amfifīlskābes katalizatoriem
• izvairieties no mazgāšanas līdzekļu vai virsmaktīvo vielu lietošanas
• Izvairieties no amfifīlskābes katalāņiem, mazgāšanas līdzekļiem vai virsmaktīvajām vielām
• rada turbulentas nestabilas emulsijas bez virsmaktīvo vielu slāņiem

Cietā šķidruma ekstrakcija, ko uzlabo ultraskaņa

Cietā šķidruma ekstrakcijas vai cietās fāzes ekstrakcijas (SPE) mērķis ir atdalīt analizējamās vielas, kas ir izšķīdinātas vai suspendētas šķidrā maisījumā, un izolēt tās no matricas atbilstoši to fizikālajām un ķīmiskajām īpašībām. Tādēļ izolātu eluē no sorbeniem ar piemērota šķīdinātāja palīdzību. Ekstrahēto vielu sauc par elute.
Tradicionālās SPE metodes ir macerācija, soksleta ekstrakcija, perkolācija, atteces un tvaika destilācijas kombinācija vai ātrgaitas sajaukšana / turbo ekstrakcija. Cietā šķidruma ekstrakcija ir izplatīta procedūra, lai atdalītu savienojumus bioloģijā, ķīmijā, kā arī pārtikas, farmācijas un kosmētikas rūpniecībā. Metālu ieguvi sauc arī par izskalošanos.
Problēma: Tradicionālās SPE metodes ir pazīstamas kā laikietilpīgas, un tām ir nepieciešams salīdzinoši liels daudzums šķīdinātāju, kas galvenokārt ir videi bīstami un piesārņojoši. Augsta procesa temperatūra var pat izraisīt termiski jutīgu ekstraktu iznīcināšanu.
Šķīdums: Ar ultrasoniski atbalstītu cietā šķidruma ekstrakciju parasti var pārvarēt tradicionālās SPE kopīgās problēmas. Tā kā ultraskaņas apstrāde nodrošina smalku cieto vielu sadalījumu šķīdinātāja fāzē, ir pieejama lielāka starpfaktoru robeža, lai uzlabotu mērķa vielas masas pārnesi šķīdinātājā. Tas nodrošina ātrāku un pilnīgāku ekstrakciju, kamēr šķīdinātāja izmantošana tiek samazināta vai pilnībā novērsta (tā vietā izmantojiet ūdeni kā šķidro fāzi). Izmantojot jaudas ultraskaņu, cietās fāzes ekstrakciju var veikt efektīvāk, ekonomiskāk un videi draudzīgāk. Sakarā ar piesārņojošu vai bīstamu šķīdinātāju samazināšanu vai izvairīšanos no tā, ultraskaņas ekstrakciju var uzskatīt par videi draudzīgu Zaļais process. Ekonomiski procesa izmaksas tiek samazinātas, pateicoties enerģijas, šķīdinātāja un laika ietaupījumam.

Ultraskaņas šķīdinātāja ekstrakcija

Ekstrakcijas gadījumā ar šķīdinātāju izmanto šķīdinātāju (piemēram, organisku šķīdinātāju), lai izšķīdinātu un atdalītu savienojumu no cita šķidruma (piemēram, ūdens fāzes). Parasti, jo vairāk polāro šķīdinātāju izšķīst polārajā šķīdinātājā, un jo mazāk polāro šķīdinātāju ir mazāk polārajā šķīdinātājā. Izmantojot šķīdinātāja ekstrakciju, ir iespējams atdalīt oksidētos tiofēnus (sulfoksīdus, sulfonus) no eļļas fāzes, izmantojot acetonitrilu vai citus polāros šķīdinātājus. Šķīdinātāja ekstrakciju izmanto arī, lai no skābes šķīdumiem ekstrahētu tādus materiālus kā urāns, plutonijs vai torijs organofosfātu tri-N-butilfosfāts (PUREX process).
Samaziniet šķīdinātāju lietošanu: Ultraskaņas izmantošana samazina šķīdinātāju izmantošanu procesā un optimizē produkta slodzi šķīdinātājā. Tas arī noved pie ātrākas un pilnīgākas ekstrakcijas.
Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par Ultrasoniski atbalstīta oksidatīvā desulfurizācija!

Ultrasoniski atbalstīta Soksleta ekstrakcija

Soksleta ekstrakcija ir cieta šķidruma ekstrakcijas metode, ko bieži izmanto sintētiskās un analītiskās laboratorijas. Soksleta ekstrakciju galvenokārt izmanto, ja vielai ir tikai ierobežota šķīdība šķīdinātājā un piemaisījums šajā šķīdinātājā nešķīst.
Ultraskaņu var ļoti veiksmīgi apvienot ar Soxhlet ekstrakciju, kā rezultātā palielinās raža un īsāks ekstrakcijas laiks.
Lūdzu, noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par ultrasoniski atbalstīto Soxhlet ekstrakciju!

Ekstrakcija kausējumos, izmantojot ultraskaņu

Šķidruma-šķidruma ekstrakciju var veikt maisījumos, kur viena vai abas šķidrās fāzes ir kausējumi, piemēram, izkausēti sāļi vai izkausēti metāli, piemēram, dzīvsudrabs. Spēcīgs inline ultraskaņas apstrāde ultraskaņas plūsmas šūnu reaktoros ļauj apstrādāt pat šķidrumus ar augstu viskozitāti, piemēram, kausējumus.

Ultrasoniski atbalstīta izskalošanās

Izskalošanās apraksta skābju, šķīdinātāju vai karsta ūdens izmantošanu, lai selektīvi izšķīdinātu šķīdinātāju no inerta nešķīstoša cieta nesēja. Izskalošanos bieži izmanto kalnrūpniecībā, lai iegūtu metālus no rūdām.
Ultraskaņas izskalošanās priekšrocības:

• mazgāt mazas atveres no porainiem materiāliem
• pārvarēt membrānu selektivitāti
• iznīcināt cietās vielas, delaminēt un deaglomerēt cietas vielas
• pasīvo slāņu noņemšana
• oksīda slāņu noņemšana
• mitrina visu materiāla virsmu, jo īpaši šķidrumiem ar augstu virsmas spraigumu,
• bīdes retināšana

Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par ultraskaņas izskalošanos!

Hielscher Sonicators jebkuram ražošanas apjomam

Ultraskaņas apstrāde laboratorijā, stendā-Top un ražošanas mērogā: Visas Hielscher ultraskaņas ierīces ir veidotas, lai darbotos 24h / 7d, pat ultraskaņas laboratorijas homogenizatori var apstrādāt ievērojamus apjomus partijas vai caurplūdes režīmā. Stenda un rūpnieciskie ultrasonikatori ir projektēti un būvēti rūpnieciskā pakāpē, lai bez problēmām varētu apstrādāt lielus apjomus un augstu viskozitāti – pat sarežģītos apstākļos, piemēram, augsta spiediena un augstas temperatūras apstākļos (piemēram, kombinācijā ar superkritisko CO2, ekstrūzijas procesiem utt.). Hielscher izturīgie ultrasonikatori spēj apstrādāt šķīdinātājus, abrazīvus šķidrumus un kodīgas vielas. Piemēroti piederumi ļauj optimāli pielāgot ultraskaņas sistēmu ekstrakcijas procesa prasībām. Uzstādīšanai bīstamās vidēs ATEX vai FM vērtējums sprādziendrošas ultraskaņas sistēmas ir pieejami.
Tādējādi Hielscher izturīgie un spēcīgie ultraskaņas apstrādātāji un plašais piederumu klāsts ļauj apstrādāt tādus materiālus kā karsts ūdens / šķidrumi, skābes, metāla kausējumi, sāls kausējumi, šķīdinātāji (piemēram, metanols, heksāns; organiskie, polārie šķīdinātāji, piemēram, acetonitrils).

Blokshēma: Ultraskaņas fāzes pārneses ekstrakcijas posmi