Saponifikacijo – Postopek izdelave mila z ultrazvokom

Saponifikacija je kemični proces izdelave mila. To je reakcija, pri kateri surovina maščob ali olj (trigliceridi) reagira z alkalnim reaktantom, da tvori milo. Ultrasonication izboljša katalizo faznega prenosa, kar ima za posledico povečano hitrost reakcije, popolnejšo pretvorbo in prepreči prekomerno uporabo baznih reagentov, kot sta kalijev hidroksid (KOH) ali natrijev hidroksid (NaOH). Ultrazvočno sproženo alkalno hidrolizo je mogoče enostavno izvajati v komercialni proizvodnji mila. Ultrazvočni reaktorji za saponifikacijo proizvajajo večjo proizvodnjo v krajšem času brez uporabe katalizatorja ali zmanjšanja količine uporabljenega katalizatorja.

Ultrazvočno spodbujana saponifikacija

Študije primerov ultrazvočne saponifikacije

Različne raziskovalne študije so pokazale, da ultrazvočno razbijanje spodbuja saponifikacijo trigliceridov v milo. Ultrazvočna saponifikacija pospešuje in povečuje pretvorbo, hkrati pa varčuje ali preprečuje uporabo katalizatorja. Zaradi tega je ultrazvočna saponifikacija zelo učinkovita proizvodna metoda.

Ultrazvočna iniciacija alkalne hidrolize trigliceridov (saponifikacija) brez faznega katalizatorja

(2013) so preučevali učinke ultrazvočne razglasitve na alkalno hidrolizo trigliceridov, znano kot saponifikacija. Uporabili so ultrazvočno razbijanje za začetek alkalne hidrolize sončničnega olja. Kalijev hidroksid (KOH) je bil uporabljen kot alkalna baza. Dokazano je bilo, da je ultrazvok učinkovit kot vir energije za sprožitev in poganjanje reakcije, da je visok izkoristek reakcije dosegljiv v samo 15 minutah skupne uporabe moči med delom pri sobni temperaturi in da med reakcijo ne nastajajo zaznavni stranski produkti. Primerjava ultrazvočne kopeli in ultrasonokatorja tipa sonde kaže, da je ultrazvočna sonda vrhunska tehnika. Študija kaže, da ultrazvočna saponifikacija prinaša dobro pretvorbo brez potrebe po odvečni alkaliji ali katalizi faznega prenosa.

Alkalna hidroliza triacilglicerola

Ultrazvočno spodbujana reakcija faznega prenosa za saponifikacijo

Bhatkhande et al. (1998) so pokazali, da je mogoče ultrazvočno razbijanje rastlinskih olj, kot je sojino olje, učinkovito umideliti z uporabo vodnega KOH in različnih PTC pri sobni temperaturi. Obseg saponifikacije so proučevali z uporabo vrednosti saponifikacije kot reference. Optimizacije različnih parametrov, kot so čas, izbira katalizatorjev za prenos faze, količina uporabljenega katalizatorja, količina KOH in količina vode, so bile izvedene z ultrazvočnim razbijanjem in mešanjem. Za preučevanje učinka ultrazvoka je bila saponifikacija izvedena tudi pri 35 ° C pod različnimi pogoji, in sicer mešanje, ultrazvočno razbijanje, mešanje in ultrazvočno razbijanje ter segrevanje pri 100 ° C. Ugotovljeno je bilo, da je bila heterogena saponifikacija različnih rastlinskih olj v tekoči fazi z uporabo vodnega KOH / CTAB znatno pospešena pri 35 ° C pod ultrazvočnim razbijanjem in mešanjem.

Visoko zmogljivi ultrazvočni aparati

Hielscher Ultrasonics dobavlja visoko zmogljivo ultrazvočno opremo za laboratorijsko, pilotno in industrijsko proizvodnjo. Robustni in zanesljivi ultrazvočni aparati se uporabljajo za različne sonokemične reakcije, kot je saponifikacija. Hielscherjevi ultrazvočni zvočni aparati se lahko uporabljajo v paketnem in vrstnem načinu. Vsi pomembni procesni parametri – amplituda, tlak, temperatura – je mogoče natančno nadzorovati in zagotoviti ponovljive rezultate.
Digitalno krmiljenje samodejno beleži procesne parametre in jih shranjuje na integrirano kartico SD. Prednastavitve in daljinski nadzor brskalnika naredijo postopek ultrazvočnega razbijanja zelo preprost in uporabniku prijazen.
Za številne sonokemične reakcije je treba vzdrževati določeno temperaturo, zato je nadzor temperature pomemben. Hielscherjevi digitalni ultrazvočni aparati so opremljeni s termo-členom in nadzorom temperature. Pretočna celica z plaščem omogoča odvajanje toplote.
Robustnost Hielscherjeve ultrazvočne opreme omogoča 24/7 delovanje pri težkih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov:

• Bhatkhande, B.S.; Samant, Shriniwas D. (1998): Ultrazvočno podprt PTC je kataliziral saponifikacijo rastlinskih olj z uporabo vodnih alkalij. Ultrazvočna sonokemija, zvezek 5, številka 1, 1998. 7-12.
• Mercantili, Laura; Séamus, Frank Davis; Higson, P. J. (2014): Ultrazvočna iniciacija alkalne hidrolize trigliceridov (saponifikacija) brez fazne katalize. Revija za površinsko aktivne snovi in detergente, zvezek 17, Isssue 1, januar 2014. 133-141.

Dejstva, ki jih je vredno vedeti

Sonokemija

Močni ultrazvok se uporablja za kemične procese, kot sta sinteza in kataliza (imenovana tudi sono-sinteza in sono-kataliza), da se sproži in okrepi reakcija. Različne aplikacije ultrazvočnega obsevanja v organski sintezi so bile poglobljeno raziskane in razvite za industrijsko proizvodnjo. Sonokemična obdelava lahko poveča hitrost reakcije, donos in selektivnost želenih izdelkov v bistveno blažjih pogojih. Zaradi tega je ultrazvočna obdelava učinkovita in okolju prijazna tehnika obdelave. Ultrazvočno podprta fazna prenosna kataliza (PTC) se je izkazala za drastično učinkovitejšo in učinkovitejšo metodo za organske reakcije v primerjavi z isto reakcijo v tišini. Na primer, reakcija Cannizarro, ki jo katalizira ultrazvočno podprta kataliza faznega prenosa, se znatno pospeši, kar povzroči hitro pretvorbo. Drug pomemben primer je transesterifikacija trigliceridov (tj. rastlinskih olj, živalskih maščob) in metanola v prisotnosti KOH kot katalizatorja in močnega ultrazvoka. Ultrazvočna transesterifikacija daje visokokakovosten biodizel, proizveden s hitro pretvorbo in zelo učinkovitim, ekonomičnim procesom.

Ultrazvočna ekstrakcija temelji na akustični kavitaciji in njenih hidrodinamičnih strižnih silah

Saponifikacijo

Saponifikacija opisuje kemično reakcijo, ki proizvaja milo. V procesu saponifikacije se rastlinska olja ali živalske maščobe pretvorijo v soli maščobnih kislin – "Milo" – in glicerol, ki je alkohol. Reakcija zahteva raztopino alkalne baze (npr. NaOH ali KOH) v vodi in tudi toploto, da se sproži reakcija.
Reakcijski koraki saponifikacije so naslednji:

1. Nukleofilni napad estrov maščobnih kislin s hidroksidom
2. Odstranitev skupine iz zapusta
3. Deprotonacija

Reakcija saponifikacije se komercialno uporablja za proizvodnjo mil in maziv.
Medtem ko se trdo milo z natrijevim hidroksidom in mehko milo s kalijevim hidroksidom uporabljata za vsakodnevno čiščenje, obstajajo tudi posebna mila, izdelana z uporabo drugih kovinskih hidroksidov. Na primer, litijeva mila in kalcijeva mila se uporabljajo kot mazalne masti. Obstajajo tudi “kompleksna mila” Sestavljen je iz mešanice kovinskih mil.

hidroliza

Hidroliza vključuje reakcijo organske kemikalije z vodo, da nastane dve ali več novih snovi in običajno pomeni cepitev kemičnih vezi z dodajanjem vode. Estri se lahko razcepijo nazaj v karboksilno kislino in alkohol z reakcijo z vodo in bazo. Milo se proizvaja s hidrolizo estrov maščobe ali olja.

Alkalna baza

Alkalni bazični reaktanti (lužine) so potrebni za saponifikacijo olj in maščob. Trigliceridi reagirajo z bazo – natrijev ali kalijev hidroksid – Za proizvodnjo glicerola in soli maščobnih kislin je tako imenovano "milo". Kalijev hidroksid je anorganska spojina s formulo KOH in se običajno imenuje kavstična pepelika. Natrijev hidroksid (NaOH) je še ena prototipna močna baza. Pri uporabi natrijevega hidroksida nastane trdo milo, medtem ko uporaba kalijevega hidroksida povzroči mehko milo.

Reaktant proti reagentu

Reaktant je snov, ki se porabi ali porabi v kemični reakciji. V primerjavi z reagentom je reaktant potreben v večjih količinah. Reagent je snov, ki se uporablja za sprožitev reakcije, za podporo reakcije in se porabi v reakciji, v nasprotju s katalizatorji, ki se ne porabijo v reakciji.

Saponifikacijo – Pogosto zastavljena vprašanja

• Kakšen je proces saponifikacije? Saponifikacija je kemični proces, pri katerem maščobe ali olja reagirajo z alkalijo (običajno natrijevim hidroksidom), da proizvedejo milo in glicerol. Ta reakcija vključuje hidrolizo trigliceridov v soli maščobnih kislin in glicerol.
• Kakšna reakcija je saponifikacija? Saponifikacija je vrsta reakcije hidrolize, pri kateri se estrske vezi v maščobah ali oljih razgradijo z alkalijo.
• Zakaj se imenuje saponifikacija? Ime je dobil po končnem izdelku, milu in sposobnosti ustvarjanja mila s hidrolizo estrskih vezi v trigliceridih.
• Kakšen je namen saponifikacije? Glavni namen je proizvodnja mila, površinsko aktivne snovi, ki se pogosto uporablja za čiščenje in pranje.
• Ali je saponifikacija hidroliza? Da, saponifikacija je posebna vrsta hidrolize, ki vključuje razgradnjo maščob ali olj z alkalijo v glicerol in soli maščobnih kislin (milo).
• Kakšen je mehanizem saponifikacije? Vključuje nukleofilni napad hidroksidnih ionov na karbonilni ogljik estrske vezi v trigliceridih, kar vodi do nastanka alkohola (glicerola) in mila.
• Zakaj je mešanje pomembno za saponifikacijo? Učinkovito mešanje zagotavlja temeljit stik med reaktanti, kar spodbuja popolnejšo in enakomernejšo reakcijo, ki je ključnega pomena za doseganje optimalnih donosov. Hielscher ultrazvočni mešalniki lahko izboljšajo ta proces z intenzivno kavitacijo in strižnimi silami.
• Kaj je primer saponifikacije? Mešanje natrijevega hidroksida s kokosovim oljem v prisotnosti Hielscherjevega ultrazvočnega reaktorja za proizvodnjo mila in glicerola ponazarja saponifikacijo.
• Kaj je glavni produkt saponifikacije? Glavni izdelki so milo (natrijeve ali kalijeve soli maščobnih kislin) in glicerol.
• Zakaj je vrednost saponifikacije pomembna? Vrednost saponifikacije označuje količino alkalij, ki je potrebna za saponifikacijo določene količine maščobe ali olja, kar pomaga določiti molekulsko maso maščobnih kislin, ki jih vsebuje.
• Ali je saponifikacija reverzibilna? V tipičnih pogojih saponifikacija ni reverzibilna zaradi stabilne narave nastalega mila.
• Kaj je nasprotno od saponifikacije? Esterifikacija, kjer voda in alkoholi reagirajo s karboksilnimi kislinami, da tvorijo esre in vodo, je obratni proces.
• Ali saponifikacija zahteva toploto? Čeprav toplota ni potrebna, lahko pospeši proces saponifikacije s povečanjem molekularnega gibanja in hitrosti reakcije.
• Ali je saponifikacija eksotermna ali endotermna? Saponifikacija je eksotermna reakcija, ki sprošča toploto, ko se nadaljuje.
• Ali je saponifikacija bazična ali kisla? To je osnovna reakcija, saj vključuje delovanje baze (alkalije) na ester (maščoba / olje).
• Kako ustaviti saponifikacijo? Dodajanje kisline za nevtralizacijo alkalij ustavi reakcijo in učinkovito ustavi proces saponifikacije.
• Kaj se zgodi po saponifikaciji? Po popolni reakciji je zmes običajno sestavljena iz mila in glicerola, ki se lahko očistita ali nadalje predelata, odvisno od predvidene uporabe.
• Ali je saponifikacija naravna? Da, naravno saponifikacija se lahko pojavi, ko maščoba pride v stik z zemeljsko alkalijskimi kovinami v določenih geoloških okoljih ali ko so starodavna ljudstva mešala živalske maščobe s pepelom v tradicionalnih metodah izdelave mila.
• Zakaj se oljčno olje uporablja pri saponifikaciji? Oljčno olje je pri saponifikaciji priljubljeno zaradi bogate vsebnosti oleinske kisline, ki daje blago, vlažilno milo z dobrimi čistilnimi lastnostmi in stabilno peno.
• Kako spremeniti maščobo v milo? Maščobe se s saponifikacijo spremenijo v milo s segrevanjem z močno alkalno raztopino, običajno natrijevim hidroksidom, ki razgradi maščobo v maščobne kislinske soli (milo) in glicerol.
• Katero olje ima visoko vrednost saponifikacije? Kokosovo olje ima visoko vrednost saponifikacije, kar kaže na večji delež manjših molekul maščobnih kislin, zaradi česar je zelo reaktivno z alkalijami za proizvodnjo mila.
• Kaj se zgodi z olji med saponifikacijo? Med saponifikacijo alkalije hidrolizirajo olja v glicerol in soli maščobnih kislin, slednje tvorijo milo.
• Katera je najboljša maščoba za milo? Loj (goveja maščoba) in kokosovo olje veljata za nekatere najboljše maščobe za izdelavo mila zaradi svojih peni in utrjevanja lastnosti v končnem milnem izdelku.
• Kako saponirati olja brez luga? Umidelitev olj brez luga ni mogoča za tradicionalno izdelavo mila; Vendar pa lahko čistila, podobna milu, izdelamo z uporabo površinsko aktivnih snovi in emulgatorjev namesto saponifikacije na osnovi luga.