Ultrasoon ondersteunde katalytische extractie

Hielscher ultrasoonreactoren worden in veel industrieën gebruikt om het proces van katalytische extractie (CEP) of zogenaamde faseovergangsextractie (PTE) te ondersteunen en te verbeteren. Bij katalytische extractie is er sprake van een heterogeen, niet-mengbaar fasesysteem, zoals vloeistof-vloeistof of vloeistof-vaste stof. Ultrasone hoge afschuif- en cavitatiekrachten verbeteren de oplossnelheid van opgeloste stoffen aanzienlijk, wat leidt tot een snellere en volledigere extractie. Bovendien kan dit effect worden gebruikt om de hoeveelheid oplosmiddel of zuur te verminderen. Als beproefde techniek wordt ultrasoon geassisteerde extractie steeds meer gebruikt vanwege een groeiende vraag naar milieuvriendelijke extractietechnieken met een kortere extractietijd en een lager verbruik van organische oplosmiddelen.

Katalytische extractie/faseoverdrachtextractie – Grondbeginselen

De term “Katalytische extractieverwerking (CEP) of faseoverdrachtextractie (PTE) beschrijft de vloeistof-vloeistof of vaste stof-vloeistofverdeling wanneer de extractie en verwijdering van analyten centraal staat. Daarom moet de vloeibare of vaste verdunner worden gedispergeerd/geëmulgeerd in het oplosmiddel (vloeibare fase). Met de term “extractiemiddel” alleen de werkzame stof in het oplosmiddel wordt beschreven (d.w.z. de homogene "organische fase’ die bestaat uit het extractiemiddel, het verdunningsmiddel en/of de modificator) die voornamelijk verantwoordelijk is voor de overdracht van de opgeloste stof uit het "waterige’ naar de 'organische’ fase. [IUPAC]. De doelmaterie die wordt geëxtraheerd, wordt extract genoemd.
Traditionele extractiemethoden zoals soxhlet extractie, maceratie, magnetron, percolatie, extractie onder reflux en stoomdestillatie, of turbo-extractie zijn vaak traag en inefficiënt en/of vereisen een grote hoeveelheid gevaarlijke oplosmiddelen wat resulteert in een kostenintensief en tijdrovend proces dat schadelijk is voor het milieu.
Ultrasoon geluid is een bewezen alternatief voor conventionele extractiemethoden en zorgt voor een snellere en completere extractie met minder of geen gevaarlijke oplosmiddelen! Ultrasoon geluid is een krachtige techniek voor groene, milieuvriendelijke verwerking.

Principe van katalytische extractie met ultrasone ondersteuning

Voor de extractie van een stof moeten de onmengbare fasen gemengd worden zodat de te extraheren stof vanuit de dragersfase in de oplosmiddelfase kan worden opgelost. Meestal worden faseovergangsextracties uitgevoerd vanuit een disperse fase in een continue fase, wat betekent dat druppels en deeltjes homogeen in het oplosmiddel moeten worden gedispergeerd.
Krachtig ultrageluid is een bekende meng- en extractiemethode die verschillende positieve effecten heeft op het extractieproces:

Voordelen van ultrasone extractie:

• grenslagen breken
• van-der-Waals krachten overwinnen
• onverzadigde vloeistof naar contactoppervlak verplaatsen
• de behoefte aan transferagenten verminderen of elimineren
• tijd, temperatuur en/of concentratie verlagen
• minder overmaat vergeleken met het volume dat nodig is voor volledige verzadiging
• minder volume dat moet worden geraffineerd (bijv. door destillatie, verdamping, drogen)
• geen continu geroerde reactoren (CSR)
• energie besparen
• geen batching maar inline verwerking
• gebruik een minder zuur of goedkoper oplosmiddel
• vermijd oplosmiddelen, gebruik in plaats daarvan waterige producten
• verwerken van hoge concentraties vaste stoffen of slurries met hoge viscositeit
• groene verwerking: milieuvriendelijk
• organische zuren gebruiken, zoals appelzuur of citroenzuur
• meerfasige extractieprocessen vermijden

vloeistof-vloeistof extractie

Conventioneel proces: Vloeistof-vloeistof extractie is een verdelingsmethode om stoffen uit de ene vloeibare fase in een andere vloeibare fase te extraheren op basis van de relatieve oplosbaarheid van de stoffen in de twee verschillende niet-mengbare vloeibare fasen. Het gebruik van ultrasonica verbetert de snelheid waarmee de opgeloste stof tussen de twee fasen wordt overgedragen door krachtige mengen, Emulgerenen oplossend!
Vloeistof-vloeistof extractie is een scheidingstechniek om waardevolle componenten te isoleren en te concentreren uit een waterige oplossing met behulp van een organisch oplosmiddel. Vloeistof-vloeistof extractie wordt vaak toegepast als andere scheidingstechnieken (bijv. destillatie) niet effectief zijn. Vloeistof-vloeistof extractie wordt gebruikt in de farmaceutische & cosmetica (actieve bestanddelen, API's, parfums), voedsel- en landbouwindustrie, voor organische en anorganische chemie, petrochemische industrie en hydrometallurgie.

Probleem: Een veelvoorkomend probleem is de onmengbaarheid van de vloeibare fasen (oplosmiddel en verdunningsmiddel zijn niet mengbaar), zodat een goede mengmethode vereist is. Omdat een gelijkmatige menging van beide vloeibare fasen de faseoverdracht tussen verdunningsmiddel en oplosmiddel bevordert, is een betrouwbare dispergeer- of emulgeermethode cruciaal. Hoe fijner het mengsel en hoe groter het contactoppervlak tussen beide fasen, hoe beter het oplosmiddel zich van de ene vloeibare fase naar de andere vloeibare fase kan verplaatsen. Bij conventionele extractieprocessen wordt de massaoverdracht meestal niet bevorderd, waardoor het extractieproces traag en vaak onvolledig verloopt. Om de extractie te verbeteren worden vaak te grote hoeveelheden oplosmiddel gebruikt, wat het proces duur en milieuvervuilend maakt.
 

 
Oplossing: Ultrasone vloeistof-vloeistof extractie overtreft traditionele vloeistof-vloeistof extractie technieken op verschillende punten:
Krachtig ultrageluid mengt twee of meer vloeibare fasen betrouwbaar en gemakkelijk met elkaar. Door middel van ultrasoon geluid kunnen druppels worden gereduceerd tot nanogrootte zodat fijne micro- en nano-emulsies worden verkregen. Daarbij bevorderen de opgewekte cavitatiekrachten de massaoverdracht tussen de vloeistoffasen. De sonificatie kan worden uitgevoerd in een continu inline-systeem, grote volumes en zeer viskeuze vloeistoffen kan zonder problemen worden afgehandeld.
Maar ook micro-extractie, bijvoorbeeld voor analytische doeleinden, kan worden verbeterd door sonicatie (bijvoorbeeld micro-extractie op basis van ionische vloeistoffen met ultrasone emulsificatie).

Voordelen van ultrasone extractie:
Krachtige ultrasone krachten – gegenereerd door laagfrequent/hoogvermogen ultrageluid – helpt om

• druppels opnieuw vormen
• emulsie-overdrachtsmiddelen of amfifiele katalysatoren vermijden
• vermijd het gebruik van detergenten of oppervlakteactieve stoffen
• amfifiele katalysatoren, detergenten of oppervlakteactieve stoffen vermijden
• turbulente onstabiele emulsies genereren zonder oppervlakte-actieve lagen

Extractie van vaste stoffen en vloeistoffen verbeterd door ultrasone trillingen

Het doel van vaste-vloeistofextractie of vaste-fase-extractie (SPE) is om analyten, die opgelost of gesuspendeerd zijn in een vloeibaar mengsel, te scheiden en te isoleren uit een matrix op basis van hun fysische en chemische eigenschappen. Daarom wordt het isolaat geëlueerd uit de sorbens met behulp van een geschikt oplosmiddel. De geëxtraheerde stof wordt eluaat genoemd.
Conventionele SPE-technieken zijn maceratie, soxhlet extractie, percolatie, combinatie van reflux en stoomdestillatie, of mengen met hoge snelheid/ turbo-extractie. De vast-vloeistof extractie is een veelgebruikte procedure om verbindingen te scheiden in de biologie, chemie en in de voedingsmiddelen-, farmaceutische en cosmetische industrie. De extractie van metalen staat ook bekend als uitlogen.
Probleem: Conventionele SPE-technieken staan bekend als tijdrovend en vereisen relatief grote hoeveelheden oplosmiddelen die meestal gevaarlijk en vervuilend zijn voor het milieu. Hoge procestemperaturen kunnen zelfs leiden tot de vernietiging van thermisch gevoelige extracten.
Oplossing: Met ultrasoon ondersteunde vast-vloeistofextractie kunnen de gebruikelijke problemen van traditionele SPE normaal gesproken worden overwonnen. Omdat sonicatie zorgt voor een fijne verdeling van de vaste stoffen in de oplosmiddelfase, is er een grotere interfaciale grens beschikbaar zodat de massaoverdracht van de doelsubstantie naar het oplosmiddel wordt verbeterd. Dit resulteert in een snellere en volledigere extractie, terwijl het gebruik van oplosmiddelen wordt verminderd of volledig vermeden (gebruik in plaats daarvan water als vloeibare fase). Door de toepassing van ultrageluid kan de extractie in de vaste fase efficiënter, economischer en milieuvriendelijker worden uitgevoerd. Door de vermindering of vermijding van vervuilende of gevaarlijke oplosmiddelen kan ultrasone extractie als milieuvriendelijk worden beschouwd. Groen proces. Economisch gezien zijn de proceskosten lager door de besparing van energie, oplosmiddel en tijd.

ultrasone oplosmiddelextractie

Bij een oplosmiddelextractie wordt een oplosmiddel (bijvoorbeeld een organisch oplosmiddel) gebruikt om een verbinding op te lossen en te scheiden van een andere vloeistof (bijvoorbeeld een waterige fase). Over het algemeen lossen de meer polaire oplosmiddelen op in het meer polaire oplosmiddel en de minder polaire oplosmiddelen in het minder polaire oplosmiddel. Met behulp van vloeistofextractie is het mogelijk om geoxideerde thiofenen (sulfoxiden, sulfonen) van een oliefase te scheiden met acetonitril of andere polaire oplosmiddelen. Solventextractie wordt ook gebruikt om materialen zoals uranium, plutonium of thorium uit zure oplossingen te extraheren in organofosfaattri-N-butylfosfaat (PUREX-proces).
Verminder het gebruik van oplosmiddelen: Het gebruik van ultrasone trillingen minimaliseert het gebruik van oplosmiddelen in het proces en optimaliseert de productbelasting in het oplosmiddel. Het leidt ook tot een snellere en volledigere extractie.
Klik hier om meer te lezen over de Ultrasonically-Assisted Oxidative Desulphurization!

Ultrasoon gestuurde soxhletextractie

Soxhlet extractie is een vast-vloeistof extractie techniek die vaak gebruikt wordt in synthetische en analytische laboratoria. De Soxhlet extractie wordt voornamelijk toegepast wanneer een stof slechts beperkt oplosbaar is in een oplosmiddel en de onzuiverheid onoplosbaar is in dat oplosmiddel.
Ultrasoon geluid kan zeer succesvol gecombineerd worden met Soxhlet extractie, wat resulteert in een hogere opbrengst en een kortere extractietijd.
Klik hier voor meer informatie over de ultrasoon geassisteerde Soxhlet extractie!

Extractie in smelt met Sonicatie

Vloeistof-vloeistof extracties kunnen worden uitgevoerd in mengsels waarbij één of beide vloeibare fases smeltingen zijn, zoals gesmolten zouten of gesmolten metalen, zoals kwik. Krachtige inline sonicatie in ultrasone flowcelreactoren maken het mogelijk om zelfs vloeistoffen met een hoge viscositeit, zoals smelt, te verwerken.

Ultrasoon ondersteund logen

Uitlogen beschrijft het gebruik van zuren, oplosmiddelen of heet water om een opgeloste stof selectief op te lossen uit een inerte onoplosbare vaste drager. Uitlogen wordt vaak gebruikt in de mijnbouw om metalen uit ertsen te halen.
Voordelen van Ultrasoon Uitlogen:

• kleine openingen van poreuze materialen wassen
• selectiviteit van membranen overwinnen
• vaste stoffen vernietigen, delamineren en deagglomereren
• passieve lagen verwijderen
• verwijdering van oxidelagen
• maakt alle materiaaloppervlakken nat, vooral vloeistoffen met een hoge oppervlaktespanning
• afschuiving

Klik hier voor meer informatie over ultrasoon logen!

Hielscher Sonicators voor elk productievolume

Sonificatie in het laboratorium, op de werkbank en op productieschaal: Alle Hielscher ultrasone apparaten zijn gebouwd om 24 uur per dag en 7 dagen per week te werken. Zelfs de ultrasone labhomogenisatoren kunnen aanzienlijke volumes verwerken, in batch- of doorstroommodus. De bench-top en industriële ultrasone apparaten zijn ontworpen en gebouwd op industriële schaal zodat grote volumes en hoge viscositeiten zonder problemen kunnen worden verwerkt. – zelfs onder veeleisende omstandigheden zoals hoge druk en hoge temperaturen (bijvoorbeeld in combinatie met superkritisch CO2, voor extrusieprocessen enz.) De robuuste ultrasoonapparaten van Hielscher kunnen omgaan met oplosmiddelen, schurende vloeistoffen en corrosieve stoffen. Geschikte accessoires maken het mogelijk om het ultrasone systeem optimaal aan te passen aan de vereisten van het extractieproces. Voor installatie in gevaarlijke omgevingen, ATEX- of FM-geclassificeerd explosieveilige ultrasone systemen beschikbaar zijn.
Daarbij maken de robuuste en krachtige sonicators van Hielscher en het brede assortiment accessoires het mogelijk om materialen te sonificeren zoals heet water/vloeistoffen, zuren, metaalsmelten, zoutsmelten, oplosmiddelen (bijv. methanol, hexaan; organische, polaire oplosmiddelen zoals acetonitril).

Stroomdiagram: Fasen van ultrasone faseovergangsextractie