Ultrazvukom asistovaná katalytická extrakcia

Ultrazvukové reaktory Hielscher sa používajú v mnohých priemyselných odvetviach na pomoc a zlepšenie spracovania katalytickej extrakcie (CEP) alebo takzvanej extrakcie s fázovým prenosom (PTE). Katalytická extrakcia zahŕňa heterogénny systém nemiešateľnej fázy, ako je kvapalina-kvapalina alebo kvapalina-pevná látka. Ultrazvukové vysoké šmykové a kavitačné sily výrazne zlepšujú rýchlosť rozpúšťania rozpustených látok, čo vedie k rýchlejšej a úplnejšej extrakcii. Okrem toho sa tento účinok môže použiť na zníženie množstva použitého rozpúšťadla alebo kyseliny. Ako osvedčená technika sa ultrazvukom asistovaná extrakcia čoraz viac používa v dôsledku rastúceho dopytu po ekologických extrakčných technikách so skráteným časom extrakcie a zníženou spotrebou organických rozpúšťadiel.

Katalytická extrakcia/extrakcia s prenosom fázy – Základy

Termín “Katalytické extrakčné spracovanie (CEP) alebo extrakcia s prenosom fázy (PTE) opisuje distribúciu kvapalina-kvapalina alebo pevná látka-kvapalina, keď sa zameriava na extrakciu a odstraňovanie analytov. Preto sa kvapalné alebo tuhé riedidlo musí rozptýliť/emulgovať do rozpúšťadla (kvapalná fáza). Podľa pojmu “extrakčný prostriedok” Opisuje sa iba účinná látka v rozpúšťadle (t. j. homogénna "organická fáza"’ ktorý zahŕňa extrakčné činidlo, riedidlo a/alebo modifikátor), ktorý je primárne zodpovedný za prenos rozpustenej látky z "vodného’ na "ekologické’ fáza. [IUPAC]. Cieľová hmota, ktorá sa extrahuje, sa nazýva extrakt.
Tradičné extrakčné metódy, ako je soxhletova extrakcia, macerácia, mikrovlnná rúra, perkolácia, extrakcia spätnou a parnou destiláciou alebo turboextrakcia, sú často pomalé a neefektívne a/alebo vyžadujú veľké množstvo nebezpečných rozpúšťadiel, čo vedie k nákladnému a časovo náročnému procesu, ktorý je škodlivý pre životné prostredie.
Ultrazvuk je osvedčenou alternatívou ku konvenčným metódam extrakcie, ktorá poskytuje rýchlejšiu a úplnejšiu extrakciu s menším alebo žiadnym množstvom nebezpečných rozpúšťadiel! Ultrazvuk je účinná technika pre zelené spracovanie šetrné k životnému prostrediu.

Princíp ultrazvukom asistovanej katalytickej extrakcie

Na extrakciu látky sa nemiešateľné fázy musia zmiešať, aby sa látka, ktorá sa má extrahovať, mohla rozpustiť z nosnej fázy do fázy rozpúšťadla. Najčastejšie sa extrakcie s prenosom fázy vykonávajú z disperznej fázy do kontinuálnej fázy, čo znamená, že kvapôčky a častice musia byť homogénne rozptýlené do rozpúšťadla.
Výkonový ultrazvuk je známa technológia miešania a extrakcie, ktorá má niekoľko pozitívnych účinkov na proces extrakcie:

Výhody ultrazvukovej extrakcie:

• prerušiť hraničné vrstvy
• prekonať van-der-Waalsove sily
• presuňte nenasýtenú kvapalinu na kontaktnú plochu
• znížiť alebo eliminovať potrebu prenosových prostriedkov
• skrátiť čas, teplotu a/alebo koncentráciu
• Menej prebytku v porovnaní s objemom potrebným na úplné nasýtenie
• menší objem na rafináciu (napr. destiláciou, odparovaním, sušením)
• žiadne reaktory s nepretržitým miešaním (CSR)
• šetrite energiu
• žiadne dávkovanie, ale inline spracovanie
• Používajte menej kyslé alebo lacnejšie rozpúšťadlo
• vyhnite sa rozpúšťadlám, namiesto toho použite vodné
• spracovávať vysoké koncentrácie pevných látok alebo suspenzie s vysokou viskozitou
• Zelené spracovanie: šetrné k životnému prostrediu
• používať organické kyseliny, ako je kyselina jablčná alebo kyselina citrónová
• Vyhnite sa viacstupňovým procesom odsávania

Extrakcia kvapalina-kvapalina

Konvenčný proces: Extrakcia kvapalina-kvapalina je metóda rozdelenia látok z jednej kvapalnej fázy do inej kvapalnej fázy na základe relatívnej rozpustnosti látok v dvoch rôznych nemiešateľných kvapalných fázach. Použitie ultrazvuku zlepšuje rýchlosť, akou sa rozpustená látka prenáša medzi dvoma fázami vďaka vysokému výkonu miešanie, Emulgačnéa rozpúšťanie!
Extrakcia kvapalina-kvapalina je separačná technika na izoláciu a koncentráciu cenných zložiek z vodného roztoku pomocou organického rozpúšťadla. Extrakcia kvapalina-kvapalina sa často používa, keď sú iné separačné techniky (napr. destilácia) neúčinné. Extrakcia kvapalina-kvapalina sa používa vo farmaceutickom priemysle & kozmetický (aktívne zlúčeniny, API, vonné látky), ako aj potravinársky a poľnohospodársky priemysel pre organickú a anorganickú chémiu, petrochemický priemysel a hydrometalurgiu.

Problém: Častým problémom je nemiešateľnosť kvapalných fáz (rozpúšťadlo a riedidlo sú nemiešateľné), takže je potrebná správna metóda miešania. Keďže rovnomerné miešanie oboch kvapalných fáz podporuje prenos fáz medzi riedidlom a rozpúšťadlom, je rozhodujúca spoľahlivá metóda dispergácie alebo emulgácie. Čím jemnejšia je zmes a čím väčšia je kontaktná plocha medzi oboma fázami, tým lepšie môže rozpustovač cestovať z jednej kvapalnej fázy do druhej. Konvenčným extrakčným procesom väčšinou chýba podpora prenosu hmoty, takže proces extrakcie je pomalý a často neúplný. Na zlepšenie extrakcie sa často používa nadmerné množstvo rozpúšťadla, čo spôsobuje, že proces je drahý a znečisťuje životné prostredie.
 

 
Riešenie: Ultrazvuková extrakcia kvapalina-kvapalina vyniká tradičnými technikami extrakcie kvapalina-kvapalina v rôznych bodoch:
Výkonový ultrazvuk spoľahlivo a ľahko zmieša dve alebo viac kvapalných fáz. Ultrazvukom je možné kvapôčky zmenšiť na nanoveľkosť, takže jemné mikro- a nanoemulzie sú získané. Vytvorené kavitačné sily tak podporujú prenos hmoty medzi kvapalnými fázami. Keďže sonikácia môže byť spustená v kontinuálnom inline systéme, veľké objemy a vysoko viskózne kvapaliny dá sa bez problémov zvládnuť.
Ale aj mikroextrakcia, napr. na analytické účely, sa dá zlepšiť aj sonikáciou (napr. mikroextrakcia na báze iónovej kvapaliny s ultrazvukovou emulgáciou).

Výhody ultrazvukovej extrakcie:
Silné ultrazvukové sily – generované nízkofrekvenčným/vysokovýkonným ultrazvukom – pomáha

• Zmena tvaru kvapôčok
• Vyhnite sa emulzným prenosným činidlám alebo amfifilickým katalyzátorom
• vyhnite sa používaniu čistiacich prostriedkov alebo povrchovo aktívnych látok
• Vyhnite sa amfitilovským katalstrom, čistiacim prostriedkom alebo povrchovo aktívnym látkam
• vytvárať turbulentné nestabilné emulzie bez povrchovo aktívnych vrstiev

Extrakcia pevnej látky a kvapaliny vylepšená ultrazvukom

Cieľom extrakcie tuhá látka a kvapalina alebo extrakcie na pevnej fáze (SPE) je oddeliť analyzované látky, ktoré sú rozpustené alebo suspendované v kvapalnej zmesi, a izolovať ich z matrice podľa ich fyzikálnych a chemických vlastností. Preto sa izolát eluuje zo sorbénov pomocou vhodného rozpúšťadla. Extrahovaná látka sa nazýva eluta.
Konvenčné techniky SPE sú macerácia, soxhletova extrakcia, perkolácia, kombinácia refluxu a destilácie parou alebo vysokorýchlostné miešanie/turboextrakcia. Extrakcia pevných látok a kvapalín je bežný postup na separáciu zlúčenín v biológii, chémii, ako aj v potravinárskom, farmaceutickom a kozmetickom priemysle. Ťažba kovov je známa aj ako lúhovanie.
Problém: Konvenčné techniky SPE sú známe ako časovo náročné a vyžadujú relatívne veľké množstvo rozpúšťadiel, ktoré sú väčšinou nebezpečné pre životné prostredie a znečisťujúce. Vysoké procesné teploty môžu dokonca viesť k zničeniu tepelne citlivých extraktov.
Riešenie: Pomocou ultrazvukovo asistovanej extrakcie pevných látok a kvapalín je možné bežne prekonať bežné problémy tradičného SPE. Keďže sonikacia poskytuje jemnú distribúciu pevných látok vo fáze rozpúšťadla, je k dispozícii väčšia medzifázová hranica, aby sa zlepšil prenos hmotnosti cieľovej látky do rozpúšťadla. Výsledkom je rýchlejšia a úplnejšia extrakcia, zatiaľ čo použitie rozpúšťadla je znížené alebo úplne zabránené (namiesto toho použite vodu ako kvapalnú fázu). Aplikáciou výkonového ultrazvuku je možné extrakciu na pevnej fáze vykonať efektívnejšie, ekonomickejšie a šetrnejšie k životnému prostrediu. Vďaka zníženiu alebo zabráneniu znečisťujúcim alebo nebezpečným rozpúšťadlám možno ultrazvukovú extrakciu považovať za ekologickú Ekologický proces. Ekonomicky sa procesné náklady znižujú vďaka úspore energie, rozpúšťadiel a času.

Ultrazvuková extrakcia rozpúšťadlom

V prípade extrakcie rozpúšťadlom sa rozpúšťadlo (napr. organické rozpúšťadlo) používa na rozpustenie a oddelenie zlúčeniny od inej kvapaliny (napr. vodná fáza). Vo všeobecnosti platí, že čím viac polárnych rozpustených látok sa rozpúšťa v polárnejšom rozpúšťadle a menej polárnych rozpustených látok v menej polárnom rozpúšťadle. Pomocou extrakcie rozpúšťadlom je možné oddeliť oxidované tiofény (sulfoxidy, sulfóny) z olejovej fázy pomocou acetonitrilu alebo iných polárnych rozpúšťadiel. Extrakcia rozpúšťadlom sa používa aj na extrakciu materiálov, ako je urán, plutónium alebo tórium, z kyslých roztokov do organofosfátových tri-N-butylfosfát (proces PUREX).
Znížte používanie rozpúšťadiel: Použitie ultrazvuku minimalizuje použitie rozpúšťadiel v procese a optimalizuje zaťaženie produktu v rozpúšťadle. Vedie tiež k rýchlejšej a úplnejšej extrakcii.
Kliknite sem a prečítajte si viac o ultrazvukom asistovanom oxidačnom odsírení!

Ultrazvukom asistovaná Soxhletova extrakcia

Soxhletova extrakcia je často používaná technika extrakcie pevných a kvapalných látok v syntetických a analytických laboratóriách. Soxhletova extrakcia sa aplikuje hlavne vtedy, keď má látka len obmedzenú rozpustnosť v rozpúšťadle a nečistota je v tomto rozpúšťadle nerozpustná.
Ultrazvuk je možné veľmi úspešne kombinovať so Soxhletovou extrakciou, čo vedie k zvýšeniu výťažkov a kratšiemu času extrakcie.
Kliknite sem a dozviete sa viac o ultrazvukom asistovanej Soxhletovej extrakcii!

Extrakcia v taveninách pomocou sonikácie

Extrakcia kvapalina-kvapalina sa môže vykonávať v zmesiach, kde je jedna alebo obe kvapalné fázy taveniny, ako sú roztavené soli alebo roztavené kovy, ako je ortuť. Výkonná inline sonikácia v ultrazvukových reaktoroch s prietokovými bunkami umožňuje spracovanie aj kvapalín s vysokou viskozitou, ako sú taveniny.

Ultrazvukom asistované lúhovanie

Lúhovanie popisuje použitie kyselín, rozpúšťadiel alebo horúcej vody na selektívne rozpustenie rozpustenej látky z inertného nerozpustného pevného nosiča. Vylúhovanie sa často používa v baníctve na ťažbu kovov z rúd.
Výhody ultrazvukového lúhovania:

• umyte malé otvory z pórovitých materiálov
• prekonať selektivitu membrán
• ničiť pevné látky, delaminovať a deaglomerovať pevné látky
• odstránenie pasívnych vrstiev
• Odstránenie oxidových vrstiev
• Navlhčite celý povrch materiálu, najmä pre kvapaliny s vysokým povrchovým napätím
• Riedenie šmykom

Kliknite sem a dozviete sa viac o ultrazvukovom lúhovaní!

Hielscher Sonicators pre akýkoľvek objem výroby

Sonikácia v laboratórnom, stolovom a výrobnom meradle: Všetky ultrazvukové zariadenia Hielscher sú skonštruované tak, aby fungovali 24 hodín denne / 7 dní, dokonca aj ultrazvukové laboratórne homogenizátory dokážu spracovať značné objemy buď v dávkovom alebo prietokovom režime. Stolové a priemyselné ultrazvukové prístroje sú navrhnuté a vyrobené v priemyselnej kvalite, aby bolo možné bez problémov spracovať veľké objemy a vysokú viskozitu – aj v náročných podmienkach, ako sú vysoké tlaky a vysoké teploty (napr. v kombinácii so superkritickým CO2, pri procesoch vytláčania atď.). Robustné ultrazvukové prístroje Hielscher sú schopné manipulovať s rozpúšťadlami, abrazívnymi kvapalinami a korozívnymi látkami. Vhodné príslušenstvo umožňuje optimálne prispôsobenie ultrazvukového systému požiadavkám procesu odsávania. Na inštaláciu v nebezpečnom prostredí s hodnotením ATEX alebo FM ultrazvukové systémy odolné proti výbuchu sú k dispozícii.
Robustné a výkonné sonikátory Hielscher a široká škála príslušenstva tak umožňujú sonikovať materiály, ako je horúca voda/kvapaliny, kyseliny, kovové taveniny, soľné taveniny, rozpúšťadlá (napr. metanol, hexán; organické, polárne rozpúšťadlá, napr. acetonitril).

Vývojový diagram: Fázy extrakcie ultrazvukového prenosu fázy