Ультразвуковая каталитическая экстракция

Ультразвуковые реакторы Хильшера используются во многих отраслях промышленности для облегчения и улучшения каталитической экстракции (CEP) или так называемой фазовой экстракции (PTE). Каталитическая экстракция включает в себя гетерогенную несмешивающуюся фазовую систему, такую как жидкость-жидкость или жидкость-твердое тело. Ультразвуковые силы большого сдвига и кавитационные силы значительно улучшают скорость растворения растворенных веществ, что приводит к более быстрой и полной экстракции. Кроме того, этот эффект можно использовать для уменьшения количества используемого растворителя или кислоты. Как проверенный метод, ультразвуковая экстракция используется все чаще из-за растущего спроса на экологически чистые методы экстракции с сокращенным временем экстракции и сниженным потреблением органических растворителей.

Каталитическая экстракция/экстракция с переносом фаз – Основы

Термин “Каталитическая экстракция (CEP) или фазовая трансферная экстракция (PTE) описывает распределение жидкости-жидкости или твердого тела и жидкости при фокусировке экстракции и удаления аналитов. Следовательно, жидкий или твердый разбавитель должен быть диспергирован/эмульгирован в растворитель (жидкую фазу). По сроку “экстрагент” описывается только активное вещество в растворителе (т.е. гомогенная 'органическая фаза)’ который включает экстрагент, разбавитель и/или модификатор), который в первую очередь отвечает за перенос растворенного вещества из воды’ к «органическому»’ фаза. [ИЮПАК]. Целевое вещество, которое извлекается, называется экстрактом.
Традиционные методы экстракции, такие как экстракция сокслетом, мацерация, микроволновая печь, перколяция, экстракция с обратным потоком и паровая дистилляция или турбоэкстракция, часто являются медленными и неэффективными и/или требуют большого количества опасных растворителей, что приводит к дорогостоящему и трудоемкому процессу, вредному для окружающей среды.
Ультразвук является проверенной альтернативой традиционным методам экстракции, обеспечивающей более быструю и полную экстракцию с меньшим количеством опасных растворителей или без них! Ультразвук является мощным методом для экологичной, дружественной к окружающей среде обработки.

Принцип каталитической экстракции с помощью ультразвука

Для экстракции вещества несмешивающиеся фазы должны быть смешаны таким образом, чтобы экстрагируемое вещество могло быть растворено из фазы-носителя в фазу растворителя. Чаще всего экстракция с фазовым переносом выполняется из дисперсной фазы в непрерывную, что означает, что капли и частицы должны быть равномерно диспергированы в растворителе.
Силовой ультразвук – это известная технология смешивания и экстракции, которая оказывает несколько положительных эффектов на процесс экстракции:

Преимущества ультразвуковой экстракции:

• Разрыв пограничных слоев
• преодолеть силы Ван-дер-Ваальса
• перемещать ненасыщенную жидкость на контактную поверхность
• Уменьшить или устранить потребность в трансферных агентах
• Сокращение времени, температуры и/или концентрации
• меньший избыток по сравнению с объемом, необходимым для полного насыщения
• меньший объем для очистки (например, путем дистилляции, выпаривания, сушки)
• отсутствие реакторов с непрерывным перемешиванием (CSR)
• Экономьте энергию
• Без дозирования, но со встроенной обработкой
• Используйте менее кислотный или более дешевый растворитель
• Избегайте растворителей, используйте вместо них водную воду
• Обработка суспензий с высокой концентрацией твердых частиц или суспензий с высокой вязкостью
• Зеленая переработка: экологичность
• использовать органические кислоты, такие как яблочная кислота или лимонная кислота
• Избегайте многоступенчатых процессов экстракции

жидкостно-жидкостная экстракция

Обычный процесс: Жидкостно-жидкостная экстракция представляет собой метод разделения веществ для экстракции веществ из одной жидкой фазы в другую жидкую фазу на основе относительной растворимости веществ в двух различных несмешивающихся жидких фазах. Использование ультразвука улучшает скорость переноса растворенного вещества между двумя фазами за счет высокой производительности смешивание, Эмульгирующиеи растворение!
Жидкостно-жидкостная экстракция — это метод разделения для выделения и концентрирования ценных компонентов из водного раствора с помощью органического растворителя. Жидкостно-жидкостная экстракция часто применяется, когда другие методы сепарации (например, дистилляция) неэффективны. Жидкостно-жидкостная экстракция применяется в фармацевтике & косметическая (активные соединения, АФИ, ароматизаторы), а также пищевая и сельскохозяйственная промышленность, для органической и неорганической химии, нефтехимической промышленности, гидрометаллургии.

Проблема: Распространенной проблемой является несмешиваемость жидких фаз (растворитель и разбавитель несмешиваются), поэтому требуется правильный метод смешивания. Поскольку равномерное смешивание обеих жидких фаз способствует фазовому переходу между разбавителем и растворителем, решающее значение имеет надежный метод диспергирования или эмульгирования. Чем мельче смесь и чем выше площадь контакта между обеими фазами, тем лучше растворитель может переходить из одной жидкой фазы в другую. В традиционных процессах экстракции в основном отсутствует стимулирование массообмена, поэтому процесс экстракции происходит медленно и часто не завершен. Для улучшения экстракции часто используется чрезмерное количество растворителя, что делает процесс дорогим и загрязняющим окружающую среду.
 

 
Решение: Ультразвуковая жидкостно-жидкостная экстракция превосходит традиционные методы жидкостно-жидкостной экстракции в различных точках:
Мощный ультразвук надежно и легко смешивает две или более жидких фаз друг с другом. С помощью ультразвука капли могут быть уменьшены до наноразмера, чтобы мелкодисперсные микро- и наноэмульсии получаются. Таким образом, генерируемые кавитационные силы способствуют массопереносу между жидкими фазами. Поскольку ультразвуковая обработка может быть запущена в непрерывной встроенной системе, большие объемы и высоковязкие жидкости Справится без проблем.
Кроме того, микроэкстракция, например, в аналитических целях, может быть улучшена с помощью ультразвуковой обработки (например, микроэкстракция на основе ионной жидкости с ультразвуковой эмульгацией).

Преимущества ультразвуковой экстракции:
Мощные ультразвуковые усилия – генерируется низкочастотным/мощным ультразвуком – помогает

• Изменение формы капель
• Избегайте переносчиков эмульсии или амфифильных катализаторов
• Избегайте использования моющих средств или поверхностно-активных веществ
• Избегайте амфипильных катальстов, моющих средств или поверхностно-активных веществ
• Генерируют турбулентные неустойчивые эмульсии без слоев поверхностно-активных веществ

Экстракция твердой и жидкой фаз улучшена с помощью ультразвука

Целью твердо-жидкостной экстракции или твердофазной экстракции (SPE) является разделение аналитов, которые растворены или суспензии в жидкой смеси, и выделение их из матрицы в соответствии с их физическими и химическими свойствами. Таким образом, изолят элюируют из сорбен с помощью соответствующего растворителя. Добываемое вещество называется элютом.
Традиционными методами SPE являются мацерация, экстракция сокслетом, перколяция, комбинация рефлегмации и паровой дистилляции или высокоскоростное смешивание / турбоэкстракция. Экстракция твердого тела в жидкость является распространенным методом разделения соединений в биологии, химии, а также в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности. Извлечение металлов также известно как выщелачивание.
Проблема: Традиционные методы SPE известны как трудоемкие и требуют относительно больших количеств растворителей, которые в основном опасны для окружающей среды и загрязняют окружающую среду. Высокие температуры процесса могут привести даже к разрушению термочувствительных экстрактов.
Решение: С помощью ультразвуковой экстракции твердой и жидкой фаз можно в обычном порядке преодолеть общие проблемы, характерные для традиционного SPE. Поскольку ультразвуковая обработка обеспечивает тонкое распределение твердых частиц в фазе растворителя, становится доступной более широкая межфазная граница, что улучшает массоперенос целевого вещества в растворитель. Это приводит к более быстрой и полной экстракции, при этом использование растворителя сокращается или полностью исключается (вместо этого используйте воду в качестве жидкой фазы). Применяя силовой ультразвук, твердофазная экстракция может быть проведена более эффективно, экономично и безопасно для окружающей среды. Благодаря уменьшению или предотвращению использования загрязняющих или опасных растворителей, ультразвуковая экстракция может считаться экологически чистой Зеленый процесс. С экономической точки зрения затраты на процесс снижаются за счет экономии энергии, растворителя и времени.

ультразвуковая экстракция растворителем

В случае экстракции растворителем растворитель (например, органический растворитель) используется для растворения и отделения соединения от другой жидкости (например, водной фазы). Как правило, чем больше полярных растворенных веществ растворяется в более полярном растворителе, тем меньше полярных растворенных веществ в менее полярном растворителе. С помощью экстракции растворителем можно отделить окисленные тиофены (сульфоксиды, сульфоны) от масляной фазы с помощью ацетонитрила или других полярных растворителей. Экстракция растворителем также используется для извлечения таких материалов, как уран, плутоний или торий, из растворов кислот в фосфорорганические три-N-бутилфосфат (процесс PUREX).
Сократите использование растворителей: Использование ультразвука сводит к минимуму использование растворителей в технологическом процессе и оптимизирует загрузку продукта в растворителе. Это также приводит к более быстрому и полному извлечению.
Нажмите здесь, чтобы узнать больше о ультразвуковой окислительной десульфуризации!

Ультразвуковая экстракция по методу Сокслета

Экстракция по методу Сокслета — это метод твердо-жидкостной экстракции, часто используемый в синтетических и аналитических лабораториях. Экстракция по методу Сокслета в основном применяется, когда вещество имеет лишь ограниченную растворимость в растворителе, а примесь нерастворима в этом растворителе.
Ультразвук можно очень успешно сочетать с экстракцией по методу Сокслета, что приводит к увеличению выхода и сокращению времени экстракции.
Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковой экстракции по методу Сокслета!

Экстракция в расплавах с помощью ультразвуковой обработки

Жидкостно-жидкостная экстракция может выполняться в смесях, где одна или обе жидкие фазы являются расплавленными, такими как расплавленные соли или расплавленные металлы, такие как ртуть. Мощная поточная ультразвуковая обработка в ультразвуковых проточных реакторах позволяет обрабатывать даже жидкости с высокой вязкостью, такие как расплавы.

Ультразвуковое выщелачивание

Выщелачивание описывает использование кислот, растворителей или горячей воды для селективного растворения растворенного вещества из инертного нерастворимого твердого носителя. Выщелачивание часто используется в горнодобывающей промышленности для извлечения металлов из руд.
Преимущества ультразвукового выщелачивания:

• промыть небольшие отверстия из пористых материалов
• преодоление селективности мембран
• Разрушение твердых веществ, расслоение и деагломерация твердых веществ
• Удаление пассивных слоев
• Удаление оксидных слоев
• Увлажнение всей поверхности материала, в частности, для жидкостей с высоким поверхностным натяжением
• Утончение при сдвиге

Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковом выщелачивании!

Ультразвуковые аппараты Hielscher для любого объема производства

Ультразвуковая обработка в лаборатории, на столе и в производственных масштабах: Все ультразвуковые устройства Hielscher рассчитаны на работу 24 часа в сутки 7 дней в неделю, даже ультразвуковые лабораторные гомогенизаторы могут обрабатывать значительные объемы как в периодическом, так и в проточном режиме. Настольные и промышленные ультразвуковые аппараты спроектированы и изготовлены с учетом промышленного класса, что позволяет без проблем обрабатывать большие объемы и высокую вязкость – даже в сложных условиях, таких как высокое давление и высокие температуры (например, в сочетании со сверхкритическим CO2, для процессов экструзии и т. д.). Надежные ультразвуковые аппараты Hielscher способны работать с растворителями, абразивными жидкостями и коррозионными веществами. Подходящие принадлежности позволяют оптимально адаптировать ультразвуковую систему к требованиям процесса экстракции. Для установки во взрывоопасных средах, класс ATEX или FM Взрывозащищенные ультразвуковые системы доступны.
Таким образом, надежные и мощные ультразвуковые аппараты Hielscher и широкий ассортимент принадлежностей позволяют обрабатывать ультразвуком такие материалы, как горячая вода / жидкости, кислоты, металлические расплавы, солевые расплавы, растворители (например, метанол, гексан; органические, полярные растворители, например, ацетонитрил).

Блок-схема: Этапы ультразвуковой экстракции с фазовым переносом