Sinteza poliolului prin transesterificare cu ultrasunete

Poliolii sunt esteri sintetici produși în principal printr-o transesterificare a trigliceridelor din uleiuri vegetale sau grăsimi animale. Acești polioli sunt materie primă pentru producția de poliuretani, biolubricanți și alte cemici. Ultrasonication este utilizat pentru a spori reacțiile de transesterificare prin aplicarea forțelor intense de forfecare și a energiei termice. Ultrasunetele și efectele sale sonochimice furnizează energie de reacție și ajută la depășirea limitărilor de transfer de masă. Astfel, Sonicare îmbunătățește în mod semnificativ viteza de transesterificare, randamentul, și eficiența generală.

Transesterificare asistată cu ultrasunete

Reacțiile de transesterificare sunt una dintre cele mai importante căi de sinteză și sunt utilizate pe scară largă ca o tehnică eficientă pentru transformarea uleiurilor vegetale în înlocuitori ai produselor petroliere. Sono-sinteza (de asemenea, sinteza sonochimică, care este sinteza chimică promovată prin ultrasunete de înaltă performanță), este bine cunoscută pentru efectele sale benefice asupra transesterificării, precum și a altor procese chimice.

Sinteza poliolului durabil din uleiuri vegetale folosind ultrasunete

Acizii grași derivați din plante, adică uleiurile vegetale, sunt o materie primă disponibilă pe scară largă și regenerabilă și pot fi utilizați pentru prepararea poliolilor și poliuretanilor biobazați. Aplicarea ultrasunetelor de putere creează efecte sonochimice favorabile, care accelerează semnificativ reacția catalitică a transesterificării. În plus, sonicare îmbunătățește randamentul poliolilor sintetizați ca energia de amestecare intensă a cavitație acustică depășește limitarea transferului de masă. Reacțiile de transesterificare cu ultrasunete sunt bine cunoscute pentru a rula eficient cu alcool mai mic și catalizator ca reacții convenționale de transesterificare. Acest lucru duce la o eficiență generală îmbunătățită prin ultrasonication.

Sinteza cu ultrasunete a unui biolubricant pe bază de pentaritol ester

Esterul pentatritolului poate fi sintetizat eficient din ulei de rapiță prin intermediul procesului sonochimic în doi pași, așa cum a demonstrat echipa de cercetare a Arumugam. În studiul lor de optimizare, cercetătorii au folosit ultrasonicator Hielscher UP400St (a se vedea imaginea din stânga). În prima transesterificare promovată sonochimic, uleiul de rapiță reacționează cu metanolul la esterul metilic. În a doua etapă de transesterificare, esterul metilic reacționează cu xilen și un catalizator pentru esterul pentaeritritolului. Cercetătorul sa concentrat pe optimizarea parametrilor de proces cu ultrasunete pentru a spori randamentul și eficiența generală a sintezei esterului pentaeritritol sub ultrasunete. Randament îmbunătățit de 81,4% de ester pentaeritritol a fost realizat cu un puls cu ultrasunete de 15 s, o amplitudine cu ultrasunete de 60%, o concentrație de catalizator de 1,5 wt%, și temperatura de reacție de 100 ° C. Pentru controlul calității, esterul de pentatritol sintetizat sonochimic a fost comparat cu uleiul compresorului de calitate sintetică. În concluzie, studiul sugerează că procesul de transesterificare succesivă promovat cu ultrasunete este o metodă eficientă pentru a înlocui procesul convențional de transesterificare succesivă pentru sinteza biolubricantului pe bază de ester pentatritol. Avantajele majore ale procesului de transesterificare cu ultrasunete sunt randamentele crescute ale esterului de pentacritol, un timp de reacție scurtat și temperaturi de reacție semnificativ mai scăzute. (cf. Arumugam et al., 2019)

Ultrasonically intensificat în două etape transesterificare a uleiului de rapiță la ester pentaerythritol.
(adaptare după Arumugam et al., 2019)

Esteri acetali derivați din pentanal prin sinteză cu ultrasunete

Echipa de cercetare din Kurniawan a sintetizat trei esteri acetali derivați din pentanal prin metoda sonochimică folosind principiile chimiei verzi. Sonicare a fost folosit pentru a promova două etape chimice:

1. Esterificarea acidului 9,10-dihidroxiactotadecanoic
2. Acetalizarea alchilului 9,10-dihidroxiaoctadecanoatului

Pentru a produce esterii alchilului 9,10- dihidroxisarat sunt necesare două etape și s-au obținut randamente de 67-85%. Pentru evaluarea eficienței, metoda sonochimică a fost comparată cu tehnica convențională de reflux. În plus, catalizatori omogeni și solizi ai acidului, și anume acidul sulfuric (H2SO4), bentonitul natural și H-bentonita, au fost utilizați pentru a determina influența și eficiența diferiților catalizatori. S-a constatat că esterificarea sonochimică a acidului catalizat de H-bentonită a dat produse în randament de până la 70% în timp de reacție de 3 ori mai scurt decât metoda de reflux, ceea ce este remarcabil. Etapa finală de acetalizare cu n-pentanal în prezența H-bentonită folosind ultrasonication oferit trei derivați de dioxolană derivate din pentanal în randamente de 69-85%, care sunt mai mari decât metoda convențională. Metoda de reflux a necesitat un timp de reacție mai lung decât metoda sonochimică, deoarece sinteza cu ultrasunete a necesitat doar 10-30min. În plus față de timpul de reacție semnificativ mai scurt sub sonicare, un randament remarcabil al fiecărui ester a fost obținut folosind metoda sonochimică.
Cercetătorul a calculat, de asemenea, că cerințele energetice ale reacției sonochimice sunt de aproximativ 62 de ori mai mici decât cele ale metodei convenționale. Acest lucru reduce costurile și este ecologic.
Examinarea proprietăților fizico-chimice ale fiecărui produs a arătat că metil 8-(2-butil-5-octil-1,3-dioxolan-4-il)octanoat este un potențial biolubricant nou cu funcționalitățile de înlocuire a lubrifianților comuni. (cf. Kurniawan et al., 2021)

Transesterificarea esterilor pentaeritrilici folosind ultrasunete

Esterii pentanetril pot fi obținuți din uleiuri vegetale, cum ar fi floarea-soarelui, semințele de in și uleiul de jatropha. Echipa de cercetare a hashemului a demonstrat sinteza lubrifianților biobazionați printr-o transesterificare catalizată de bază succesivă care implică două etape de transesterificare. Ei au demonstrat fezabilitatea sintezei folosind floarea-soarelui, semințe de in și ulei de jatropha. În primul pas, uleiurile au fost transformate în esteri metilici corespunzători. În al doilea proces, esterii metilici au fost transformați în esteri penticoritril prin acțiunea penticoritolului, așa cum se arată în următoarea schemă: (cf. Hashem et al., 2013)

După transesterificarea uleiului vegetal în ester metilic, esterii metilici sunt transformați în esteri penticoritril prin acțiunea pentatritritolului, așa cum se arată în schema de mai sus.
(cf. Hashem et al., 2013)

Reacția semnificativă consolidarea efectelor ultrasonication asupra transesterificare sunt dovedite științific și deja de zeci de ani adoptate industrial. Cel mai proeminent exemplu pentru tranesterificare îmbunătățită cu ultrasunete este conversia uleiurilor și grăsimilor în ester metilic al acizilor grași (FAME), cunoscut sub numele de biodiesel.
Citiți mai multe despre transesterificarea asistată cu ultrasunete a uleiurilor și grăsimilor (deșeuri) în biodiesel!

Sonde cu ultrasunete și reactoare pentru transesterificare și alte sinteze chimice

Hielscher Ultrasonics este specialistul dumneavoastră atunci când vine vorba de ultrasonicators sofisticate de înaltă performanță pentru reacții sonochimice. Hielscher proiectează, produce și distribuie ultrasonicators de mare putere și accesorii, cum ar fi sonde (sonotrodes), reactoare, și celule de flux la orice dimensiune și furnizează laboratoare chimice, precum și instalații de producție chimică la scară industrială. De la dispozitive cu ultrasunete de laborator compacte la sonde cu ultrasunete industriale și reactoare, Hielscher are sistemul cu ultrasunete ideal pentru procesul dvs. Cu o experiență îndelungată în aplicații precum sono-cataliza și sono-sinteza, personalul nostru bine instruit vă va recomanda cea mai potrivită configurare pentru cerințele dvs.
Hielscher Ultrasonics produce sisteme cu ultrasunete de înaltă performanță de robustețe foarte mare și capabile să livreze unde cu ultrasunete intense, deoarece toate ultrasonicators industriale Hielscher poate livra amplitudini foarte mari în funcționare continuă (24/7). Sistemele cu ultrasunete robuste necesită aproape nici o întreținere și sunt construite pentru a rula. Acest lucru face hielscher echipamente cu ultrasunete fiabile pentru aplicații grele în condiții solicitante. Sonotrodes speciale pentru temperatură ridicată sau foarte dure chimice sunt disponibile prea.
Cea mai înaltă calitate – Proiectat și fabricat în Germania: Toate echipamentele sunt proiectate și fabricate în sediul nostru din Germania. Înainte de livrarea către client, fiecare dispozitiv cu ultrasunete este testat cu atenție sub sarcină completă. Ne străduim pentru satisfacția clienților, iar producția noastră este structurată pentru a îndeplini cea mai înaltă asigurare a calității (de exemplu, certificare ISO).

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității de procesare aproximativă a ultrasonicators noastre: