Sinteza e polioleve përmes transesterifikimit me ultratinguj

Poliolet janë estere sintetike të prodhuara kryesisht përmes transesterifikimit të triglicerideve nga vajrat bimore ose yndyrnat shtazore. Këto poliole janë lëndë e parë për prodhimin e poliuretaneve, biolubrifikantëve dhe substancave të tjera kimike. Trajtimi me ultratinguj përdoret për të përmirësuar reaksionet e transesterifikimit duke ushtruar forca të forta prerëse dhe duke aplikuar energji termike. Ultratingujt dhe efektet e tyre sonokimike sigurojnë energji për reaksionin dhe ndihmojnë në kapërcimin e kufizimeve të transferimit të masës. Në këtë mënyrë, trajtimi me ultratinguj përmirëson ndjeshëm shpejtësinë e transesterifikimit, rendimentin dhe efikasitetin e përgjithshëm.

Transesterifikimi i asistuar nga ultratingujt

Reaksionet e transesterifikimit janë një nga rrugët më të rëndësishme të sintezës dhe përdoren gjerësisht si teknikë efektive për shndërrimin e vajrave bimore në zëvendësues të produkteve të naftës. Sonosinteza (e quajtur edhe sintezë sonokimike, që është sintezë kimike e nxitur përmes ultratingujve me performancë të lartë) njihet mirë për efektet e saj të dobishme në transesterifikim, si edhe në procese të tjera kimike.

Sinteza e qëndrueshme e polioleve nga vajrat bimore duke përdorur ultratinguj

Acidet yndyrore me origjinë bimore, pra vajrat bimore, janë një lëndë e parë gjerësisht e disponueshme dhe e rinovueshme dhe mund të përdoren për përgatitjen e polioleve dhe poliuretaneve me bazë biologjike. Aplikimi i ultratingujve me fuqi të lartë krijon efekte sonokimike të favorshme, të cilat përshpejtojnë ndjeshëm reaksionin katalitik të transesterifikimit. Gjithashtu, trajtimi me ultratinguj rrit rendimentin e polioleve të sintetizuara, pasi energjia e fortë e përzierjes nga kavitacioni akustik kapërcen kufizimin e transferimit të masës. Reaksionet e transesterifikimit me ultratinguj njihen mirë për zhvillimin e tyre efikas me sasi më të vogla alkooli dhe katalizatori sesa reaksionet konvencionale të transesterifikimit. Kjo sjell përmirësim të efikasitetit të përgjithshëm përmes trajtimit me ultratinguj.

Sinteza me ultratinguj e një biolubrifikanti me bazë esteri të pentaeritritolit

Esteri i pentaeritritolit mund të sintetizohet me efikasitet nga vaji i kolzës përmes një procesi sonokimik me dy hapa, siç është demonstruar nga ekipi kërkimor i Arumugam. Në studimin e tyre të optimizimit, studiuesit përdorën aparatin me ultratinguj Hielscher UP400St (shihni figurën majtas). Në transesterifikimin e parë të nxitur sonokimikisht, vaji i kolzës reagon me metanolin për të formuar ester metilik. Në hapin e dytë të transesterifikimit, esteri metilik reagon me ksilenin dhe një katalizator për të formuar ester të pentaeritritolit. Studiuesi u përqendrua në optimizimin e parametrave të procesit me ultratinguj për të rritur rendimentin dhe efikasitetin e përgjithshëm të sintezës së esterit të pentaeritritolit nën veprimin e ultratingujve. U arrit një rendiment i përmirësuar prej 81,4% i esterit të pentaeritritolit me një impuls ultrasonik prej 15 s, një amplitudë ultrasonike prej 60%, një përqendrim të katalizatorit prej 1,5 wt% dhe një temperaturë reaksioni prej 100°C. Për kontrollin e cilësisë, esteri i pentaeritritolit i sintetizuar sonokimikisht u krahasua me vaj sintetik për kompresorë. Në përfundim, studimi sugjeron se procesi i transesterifikimit të njëpasnjëshëm i nxitur nga ultratingujt është një metodë efikase për të zëvendësuar procesin konvencional të transesterifikimit të njëpasnjëshëm për sintezën e biolubrifikantit me bazë esteri të pentaeritritolit. Përparësitë kryesore të procesit të transesterifikimit me ultratinguj janë rendimentet e rritura të esterit të pentaeritritolit, koha më e shkurtër e reaksionit dhe temperaturat ndjeshëm më të ulëta të reaksionit. (shih Arumugam et al., 2019)

Transesterifikimi me dy faza i vajit të kolzës në ester të pentaeritritolit, i intensifikuar me ultratinguj.
(përshtatur nga Arumugam et al., 2019)

Estere acetalike të prejardhura nga pentanali përmes sintezës me ultratinguj

Ekipi kërkimor i Kurniawan sintetizoi tre estere acetalike të përftuara nga pentanali me metodë sonokimike, duke zbatuar parimet e kimisë së gjelbër. Trajtimi me ultratinguj u përdor për të nxitur dy hapa kimikë:

1. Esterifikimi i acidit 9,10-dihidroksioktadekanoik
2. Acetalizimi i 9,10-dihidroksioktadekanoatit të alkilit

Për të prodhuar esteret e 9,10-dihidroksistearatit të alkilit nevojiten dy hapa dhe u arritën rendimente prej 67–85%. Për vlerësimin e efikasitetit, metoda sonokimike u krahasua me teknikën konvencionale të refluksit. Gjithashtu, u përdorën katalizatorë acidë homogjenë dhe të ngurtë, përkatësisht acidi sulfurik (H2SO4), bentoniti natyror dhe H-bentoniti, për të përcaktuar ndikimin dhe efikasitetin e katalizatorëve të ndryshëm. U zbulua se esterifikimi sonokimik i acidit, i katalizuar nga H-bentoniti, dha produkte me rendiment deri në 70% në një kohë reaksioni 3 herë më të shkurtër se metoda e refluksit, gjë që është e jashtëzakonshme. Hapi përfundimtar i acetalizimit me n-pentanal në prani të H-bentonitit, duke përdorur trajtimin me ultratinguj, dha tre derivate të dioksolanit të përftuara nga pentanali me rendimente prej 69–85%, të cilat janë më të larta se ato të metodës konvencionale. Metoda e refluksit kërkoi një kohë reaksioni më të gjatë se metoda sonokimike, pasi sinteza me ultratinguj kërkoi vetëm 10–30min. Përveç kohës dukshëm më të shkurtër të reaksionit gjatë trajtimit me ultratinguj, me metodën sonokimike u arrit një rendiment i jashtëzakonshëm për secilin ester.
Studiuesi llogariti gjithashtu se kërkesat për energji të reaksionit sonokimik janë afërsisht 62 herë më të ulëta se ato të metodës konvencionale. Kjo ul kostot dhe është miqësore me mjedisin.
Ekzaminimi i vetive fiziko-kimike të secilit produkt zbuloi se 8-(2-butil-5-oktil-1,3-dioksolan-4-il)oktanoati i metilit është një biolubrifikant i ri potencial me vetitë funksionale për të zëvendësuar lubrifikantët e zakonshëm. (krh. Kurniawan et al., 2021)

Transesterifikimi i estereve të pentaeritritilit duke përdorur ultratinguj

Esteret e pentaeritritilit mund të përftohen nga vajra bimorë si vaji i lulediellit, i lirit dhe i jatrofës. Ekipi kërkimor i Hashem demonstroi sintezën e lubrifikantëve me bazë biologjike nëpërmjet transesterifikimeve të njëpasnjëshme të katalizuara nga baza, që përfshinin dy hapa transesterifikimi. Ata demonstruan realizueshmërinë e sintezës duke përdorur vajin e lulediellit, të lirit dhe të jatrofës. Në hapin e parë, vajrat u shndërruan në esteret metilike përkatëse. Në procesin e dytë, esteret metilike u shndërruan në estere të pentaeritritilit nga veprimi i pentaeritritolit, siç tregohet në skemën vijuese: (krh. Hashem et al., 2013)

Pas transesterifikimit të vajit bimor në ester metilik, esteret metilike shndërrohen në estere të pentaeritritilit nga veprimi i pentaeritritolit, siç tregohet në skemën më sipër.
(krh. Hashem et al., 2013)

Efektet e trajtimit me ultratinguj që përmirësojnë ndjeshëm reaksionin e transesterifikimit janë të provuara shkencërisht dhe zbatohen në industri prej dekadash. Shembulli më i spikatur i transesterifikimit të përmirësuar me ultratinguj është shndërrimi i vajrave dhe yndyrave në ester metilik të acideve yndyrore (FAME), i njohur si biodizel.
Lexoni më shumë rreth transesterifikimit të vajrave (të përdorura) dhe yndyrave në biodizel me ndihmën e ultratingujve!

Sonda dhe reaktorë me ultratinguj për transesterifikim dhe sinteza të tjera kimike

Hielscher Ultrasonics është specialisti juaj për sonikatorë të sofistikuar me performancë të lartë për reaksione sonokimike. Hielscher projekton, prodhon dhe shpërndan sonikatorë me fuqi të lartë dhe aksesorë si sonda (sonotroda), reaktorë dhe qeliza rrjedhjeje të çdo madhësie, duke furnizuar si laboratorë kimikë, ashtu edhe impiante prodhimi kimik në shkallë industriale. Nga pajisjet kompakte laboratorike me ultratinguj deri te sondat dhe reaktorët industrialë me ultratinguj, Hielscher ka sistemin ideal me ultratinguj për procesin tuaj. Me përvojë shumëvjeçare në zbatime si sonokataliza dhe sonosinteza, personeli ynë i trajnuar mirë do t’ju rekomandojë konfigurimin më të përshtatshëm për kërkesat tuaja.
Hielscher Ultrasonics prodhon sisteme me ultratinguj me performancë të lartë, me qëndrueshmëri shumë të lartë dhe të afta të gjenerojnë valë ultrasonike intensive, pasi të gjithë sonikatorët industrialë Hielscher mund të japin amplituda shumë të larta gjatë funksionimit të vazhdueshëm (24/7). Sistemet e qëndrueshme me ultratinguj nuk kërkojnë pothuajse fare mirëmbajtje dhe janë ndërtuar për të punuar pa ndërprerje. Kjo i bën pajisjet Hielscher me ultratinguj të besueshme për zbatime me ngarkesë të rëndë në kushte kërkuese. Ofrohen gjithashtu sonotroda të posaçme për temperatura të larta ose kushte kimike shumë agresive.
Cilësia më e lartë – Projektuar dhe prodhuar në Gjermani: Të gjitha pajisjet projektohen dhe prodhohen në selinë tonë në Gjermani. Para dorëzimit te klienti, çdo pajisje me ultratinguj testohet me kujdes nën ngarkesë të plotë. Ne synojmë kënaqësinë e klientëve dhe prodhimi ynë është strukturuar për të përmbushur kërkesat më të larta të sigurimit të cilësisë (p.sh., certifikimi ISO).

Tabela më poshtë ju jep një ide për kapacitetin e përafërt të përpunimit të sonikatorëve tanë: