Hielscher Ultrasonics
Radi prediskutujeme váš proces.
Zavolajte nám: +49 3328 437-420
Napíšte nám: info@hielscher.com

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.

Žiadosť o informácie







Sonochemický reaktor v sonikátore UP400St: Sonochémia vedie k zintenzívneniu chemických reakcií, zlepšeniu výťažkov, lepšej selektivite a rýchlej konverzii.

Sonikátor UP400St aplikuje výkonový ultrazvuk na zlepšenie katalytickej extrakcie

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:

  • zlepšená kinetika reakcie
  • Jemná zmes nosiča (sorbénov) a rozpúšťadla
  • Zvýšená medzifáza medzi týmito dvoma fázami
  • Zvýšený prenos hmoty
  • Odstránenie pasivačných vrstiev z povrchu častíc
  • Narušenie buniek & rozpad
  • Úplnejšia extrakcia vedie k vyšším výťažkom
  • jednoduchý & Ušetrite prevádzku
  • Ekologický proces: Šetrný k životnému prostrediu

Princíp činnosti ultrazvukovej kavitácie a jej účinky na katalytickú extrakciu

Vyššie uvedené výhody ultrazvuku na extrakčné procesy sú účinky ultrazvuku Kavitácie. Keď sú silné ultrazvukové vlny spojené s kvapalným médiom, vlny vytvárajú vysokotlakové/nízkotlakové cykly. Počas nízkotlakových cyklov sa v sonikovanej kvapaline objavujú malé bubliny alebo dutiny. Tieto bubliny rastú počas niekoľkých nízkotlakových cyklov, až kým nedokážu absorbovať viac energie. Keď bubliny získajú stupeň maximálnej absorpcie energie, počas vysokotlakového cyklu sa prudko zrútia. Implózia bublín vytvára lokálne veľmi extrémne podmienky, ako je veľmi vysoká teplota (cca 5 000 K), veľmi vysoké tlaky (cca 2 000 atm), veľmi vysoké rýchlosti chladenia a kvapalinové trysky s rýchlosťou až 280 m/s (cca 630 mph). Tento jav sa nazýva Kavitácie. Vďaka týmto extrémnym podmienkam je ultrazvuk výkonnou a všestrannou metódou spracovania tekutín.
Na účely extrakcie sa v ultrazvukovom kavitačnom poli intenzívne miešajú dve fázy. Kvapôčky a častice sa rozkladajú na submikrónové a nanoveľkosti. Tým sa vytvárajú zväčšené plochy pre lepší prenos hmoty z jednej fázy do druhej. Zvýšená medzifázová vzdialenosť medzi týmito dvoma fázami má za následok zväčšenú kontaktnú plochu pre extrakciu, takže prenos hmoty sa zvyšuje v dôsledku odstránenia stojatých kvapalných vrstiev na hranici fázy. Prenos hmoty sa ďalej zvyšuje odstránením pasivačných vrstiev z povrchu častíc. Na extrakciu biologickej hmoty z buniek a tkanív sa prenos hmoty zvyšuje ultrazvukovým narušením buniek. Všetky tieto účinky vedú k úplnejšej extrakcii, čo vedie k vyšším výťažkom.

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
Ultrazvukový dispergátor MultiSonoReactor s disperznou kapacitou 16 000 W na miešanie činidiel a urýchlenie procesov katalytickej extrakcie

MultiSonoReactor zlepšuje rýchlosť reakcie a výťažnosť procesov katalytickej extrakcie

Ultrazvuková extrakcia pre:

  • Biológia
  • Chémia
  • Jedlo & Farmaceutický priemysel
  • analýza
  • jadrové spracovanie
  • Ťažobné aplikácie
  • odsírenie
  • Organické zlúčeniny
  • geochémia
  • čistenie

Žiadosť o informácie







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.
 

Video demonštruje rozpad a extrakciu larvy mušky vojaka sonikáciou pomocou sondového sondéra Hielscher UP200Ht.

Extrakcia larvy vojakov vo vode pomocou sondového sondy UP200Ht

Miniatúra videa

 
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).

Video ukazuje vysoko účinnú emulgáciu oleja. Použitý ultrazvukový procesor je ultrazvukový procesor Hielscher UP400St, ktorý je ideálny na prípravu stredne veľkých dávok vysokokvalitných emulzií.

Vytvárajte stabilné nanoemulzie pomocou Hielscher Ultrasonics UP400St (400 wattov)

Miniatúra videa

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
Ultrazvuková sonda UP200St na katalytickú extrakciu

Kavitačné a sonochemické sily zlepšujú katalytickú extrakciu zlúčenín z pevných látok.

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).

Ultrazvuková extrakcia s prenosom fázy alebo katalytická extrakcia môže byť realizovaná ako jednoduchý dvojstupňový proces

Vývojový diagram: Fázy extrakcie ultrazvukového prenosu fázy

Kontaktujte nás / požiadajte o viac informácií

Porozprávajte sa s nami o vašich požiadavkách na spracovanie. Odporučíme vám najvhodnejšie parametre nastavenia a spracovania pre váš projekt.





Vezmite prosím na vedomie naše Zásady ochrany osobných údajov.





Literatúra / Referencie

Fakty, ktoré stoja za to vedieť

Ultrazvukové spracovanie kvapaliny sa často označuje ako sonikácia, ultrazvuk, sonifikácia, insonácia, ultrazvukové ožarovanie alebo aplikácia akustických polí. Všetky tieto pojmy popisujú spojenie vysokovýkonných ultrazvukových vĺn do kvapalného média na dosiahnutie ultrazvuku

Keďže výkonový ultrazvuk je taká všestranná technika spracovania, ultrazvukové zariadenia sú známe pod rôznymi pojmami, ako je sondový sonikátor, sonický lyzér, ultrazvukový disruptor, ultrazvuková brúska, sono-ruptor, sonifikátor, zvukový dismembrator, narušiteľ buniek, ultrazvukový dispergátor alebo rozpúšťač.

Radi prediskutujeme váš proces.

Let's get in contact.