Ekstraktimi katalitik i asistuar me ultratinguj

Reaktorët ultrasonikë Hielscher përdoren në shumë industri për të ndihmuar dhe përmirësuar procesin e ekstraktimit katalitik (CEP) ose të ashtuquajturin ekstraktim me transferim fazor (PTE). Ekstraktimi katalitik përfshin një sistem heterogjen fazash të papërzieshme, si lëng–lëng ose lëng–ngurtë. Forcat e larta prerëse dhe forcat e kavitacionit të shkaktuara nga ultratingujt përmirësojnë ndjeshëm shpejtësinë e tretjes së substancave të tretura, duke çuar në një ekstraktim më të shpejtë dhe më të plotë. Gjithashtu, ky efekt mund të përdoret për të zvogëluar sasinë e tretësit ose të acidit të përdorur. Si teknikë e provuar, ekstraktimi i asistuar me ultratinguj po përdoret gjithnjë e më shumë për shkak të kërkesës në rritje për teknika ekstraktimi miqësore ndaj mjedisit, me kohë më të shkurtër ekstraktimi dhe konsum më të ulët të tretësve organikë.

Ekstraktimi katalitik/Ekstraktimi me transferim fazor – Bazat

Termi “Procesi i ekstraktimit katalitik (CEP) ose ekstraktimi me transferim fazor (PTE) përshkruan shpërndarjen lëng–lëng ose ngurtë–lëng kur synohet ekstraktimi dhe largimi i analitëve. Prandaj, holluesi i lëngët ose i ngurtë duhet të dispergohet/ emulgohet në tretës (faza e lëngët). Termi “ekstraktues” përshkruan vetëm substancën aktive në tretës (pra, ‘fazën organike’ homogjene që përfshin ekstraktuesin, holluesin dhe/ose modifikuesin), e cila është përgjegjëse kryesisht për transferimin e substancës së tretur nga faza ‘ujore’ në fazën ‘organike’. [IUPAC]. Substanca e synuar që ekstraktohet quhet ekstrakt.
Metodat tradicionale të ekstraktimit, si ekstraktimi Soxhlet, macerimi, ekstraktimi me mikrovalë, perkolimi, ekstraktimi nën refluks dhe distilimi me avull, ose turboekstraktimi, shpesh janë të ngadalta dhe joefikase dhe/ose kërkojnë sasi të mëdha tretësish të rrezikshëm, duke rezultuar në një proces të kushtueshëm, që kërkon shumë kohë dhe është i dëmshëm për mjedisin.
Ultratingujt janë një alternativë e provuar ndaj metodave konvencionale të ekstraktimit, duke siguruar ekstraktim më të shpejtë dhe më të plotë me më pak tretës të rrezikshëm ose pa ta! Ultratingujt janë një teknikë e fuqishme për përpunim të gjelbër, miqësor ndaj mjedisit.

Parimi i ekstraktimit katalitik të asistuar me ultratinguj

Për ekstraktimin e një substance, fazat e papërzieshme duhet të përzihen në mënyrë që substanca që do të ekstraktohet të mund të tretet duke kaluar nga faza bartëse në fazën e tretësit. Më së shpeshti, ekstraktimet me transferim fazor kryhen nga një fazë e dispersuar në një fazë të vazhdueshme, që do të thotë se pikëzat dhe grimcat duhet të dispergohen në mënyrë homogjene në tretës.
Ultratingujt me fuqi të lartë janë një teknologji e mirënjohur për përzierje dhe ekstraktim, e cila ka disa efekte pozitive në procesin e ekstraktimit:

Përfitimet e ekstraktimit me ultratinguj:

• prishja e shtresave kufitare
• kapërcimi i forcave të van der Waals-it
• zhvendosja e lëngut të pangopur drejt sipërfaqes së kontaktit
• zvogëlimi ose eliminimi i nevojës për agjentë transferimi
• zvogëlimi i kohës, temperaturës dhe/ose përqendrimit
• më pak tepricë krahasuar me vëllimin e nevojshëm për ngopje të plotë
• vëllim më i vogël për t’u rafinuar (p.sh. me distilim, avullim, tharje)
• pa reaktorë me përzierje të vazhdueshme (CSR)
• kursimi i energjisë
• përpunim në linjë në vend të përpunimit me tufa
• përdorimi i një tretësi më pak acid ose më të lirë
• shmangia e tretësve dhe përdorimi i mjediseve ujore në vend të tyre
• përpunimi i përqendrimeve të larta të lëndëve të ngurta ose i suspensioneve me viskozitet të lartë
• përpunim i gjelbër: miqësor ndaj mjedisit
• përdorimi i acideve organike, si acidi malik ose acidi citrik
• shmangia e proceseve të ekstraktimit me shumë faza

Ekstraktimi lëng–lëng

Procesi konvencional: Ekstraktimi lëng–lëng është një metodë ndarjeje për të ekstraktuar substanca nga një fazë e lëngshme në një fazë tjetër të lëngshme, bazuar në tretshmëritë relative të substancave në dy fazat e ndryshme të lëngshme që nuk përzihen me njëra-tjetrën. Përdorimi i ultratingujve përmirëson shpejtësinë me të cilën substanca e tretur transferohet midis dy fazave përmes proceseve me performancë të lartë të përzierjes, emulsifikimit, dhe tretjes!
Ekstraktimi lëng–lëng është një teknikë ndarjeje për të izoluar dhe përqendruar përbërës të vlefshëm nga një tretësirë ujore duke përdorur një tretës organik. Ekstraktimi lëng–lëng zbatohet shpesh kur teknikat e tjera të ndarjes (p.sh. distilimi) janë joefektive. Ekstraktimi lëng–lëng përdoret në industrinë farmaceutike dhe kozmetike (përbërje aktive, përbërës farmaceutikë aktivë (API), substanca aromatike), si edhe në industrinë ushqimore dhe bujqësore, në kiminë organike dhe inorganike, në industrinë petrokimike dhe në hidrometalurgji.

Problemi: Një problem i zakonshëm është mospërzieshmëria e fazave të lëngshme (tretësi dhe holluesi nuk përzihen me njëri-tjetrin), prandaj nevojitet një metodë e përshtatshme përzierjeje. Meqë përzierja e njëtrajtshme e të dyja fazave të lëngshme nxit transferimin ndërfazor midis holluesit dhe tretësit, një metodë e besueshme dispergimi ose emulsifikimi është thelbësore. Sa më e imët të jetë përzierja dhe sa më e madhe të jetë sipërfaqja e kontaktit midis të dyja fazave, aq më mirë mund të kalojë tretësi nga një fazë e lëngshme në tjetrën. Proceset konvencionale të ekstraktimit kryesisht nuk e nxisin mjaftueshëm transferimin e masës, kështu që procesi i ekstraktimit është i ngadalshëm dhe shpesh i paplotë. Për të përmirësuar ekstraktimin, shpesh përdoren sasi të tepërta tretësi, gjë që e bën procesin të kushtueshëm dhe ndotës për mjedisin.
 

 
Zgjidhja: Ekstraktimi lëng–lëng me ultratinguj i tejkalon teknikat tradicionale të ekstraktimit lëng–lëng në disa aspekte:
Ultratingujt me fuqi të lartë përziejnë së bashku dy ose më shumë faza të lëngshme në mënyrë të besueshme dhe të lehtë. Me trajtimin me ultratinguj, pikëzat mund të zvogëlohen deri në përmasa nanometrike, në mënyrë që të përftohen mikroemulsione dhe nanoemulsione të imëta . Në këtë mënyrë, forcat e krijuara nga kavitacioni nxisin transferimin e masës midis fazave të lëngshme. Meqë trajtimi me ultratinguj mund të kryhet në një sistem të vazhdueshëm në linjë, vëllime të mëdha dhe lëngje me viskozitet të lartë mund të përpunohen pa probleme.
Por edhe mikroekstraktimi, p.sh. për qëllime analitike, mund të përmirësohet me sonikim (p.sh. mikroekstraktimi me bazë lëngjesh jonike me emulsifikim ultrasonik).

Përfitimet e ekstraktimit ultrasonik:
Forcat e fuqishme ultrasonike – të gjeneruara nga ultratingujt me frekuencë të ulët dhe fuqi të lartë – ndihmojnë për të

• riformuar pikat
• shmangur agjentët e transferimit të emulsionit ose katalizatorët amfifilikë
• shmangur përdorimin e detergjenteve ose surfaktantëve
• shmangur katalizatorët amfifilikë, detergjentet ose surfaktantët
• gjeneruar emulsione turbulente të paqëndrueshme pa shtresa surfaktantësh

Ekstraktimi ngurtë–lëng i përmirësuar me ultratinguj

Qëllimi i ekstraktimit ngurtë–lëng ose i ekstraktimit në fazë të ngurtë (SPE) është të ndajë analitët që janë të tretur ose të pezulluar në një përzierje të lëngshme dhe t’i izolojë ata nga një matricë sipas vetive të tyre fizike dhe kimike. Për këtë arsye, substanca e izoluar eluohet nga sorbenti me ndihmën e një tretësi të përshtatshëm. Substanca e ekstraktuar quhet eluat.
Teknikat konvencionale të SPE përfshijnë macerimin, ekstraktimin Soxhlet, perkolimin, kombinimin e refluksit dhe distilimit me avull ose përzierjen me shpejtësi të lartë/turboekstraktimin. Ekstraktimi ngurtë–lëng është një procedurë e zakonshme për ndarjen e përbërjeve në biologji, kimi, si edhe në industrinë ushqimore, farmaceutike dhe kozmetike. Ekstraktimi i metaleve njihet edhe si lesivim.
Problemi: Teknikat konvencionale të SPE njihen si procese që kërkojnë kohë dhe sasi relativisht të mëdha tretësish, të cilët kryesisht janë të rrezikshëm për mjedisin dhe ndotës. Temperaturat e larta të procesit mund të çojnë madje në shkatërrimin e ekstrakteve të ndjeshme ndaj nxehtësisë.
Zgjidhja: Me ekstraktimin ngurtë–lëng të asistuar nga ultratingujt, problemet e zakonshme të SPE tradicionale normalisht mund të kapërcehen. Meqenëse sonikimi siguron një shpërndarje të imët të lëndëve të ngurta në fazën e tretësit, krijohet një ndërfaqe më e madhe, duke përmirësuar kështu transferimin e masës së substancës së synuar në tretës. Kjo sjell një ekstraktim më të shpejtë dhe më të plotë, ndërkohë që përdorimi i tretësit reduktohet ose shmanget plotësisht (duke përdorur ujë si fazë të lëngshme në vend të tij). Me zbatimin e ultratingujve me fuqi të lartë, ekstraktimi në fazë të ngurtë mund të kryhet me më shumë efikasitet, me kosto më të ulët dhe në mënyrë më miqësore ndaj mjedisit. Për shkak të reduktimit ose shmangies së tretësve ndotës ose të rrezikshëm, ekstraktimi ultrasonik mund të konsiderohet si një proces i gjelbër. Ky proces është miqësor ndaj mjedisit. Nga ana ekonomike, kostot e procesit reduktohen falë kursimit të energjisë, tretësit dhe kohës.

Ekstraktimi ultrasonik me tretës

Në rastin e ekstraktimit me tretës, përdoret një tretës (p.sh. një tretës organik) për të tretur dhe ndarë një përbërje nga një lëng tjetër (p.sh. një fazë ujore). Në përgjithësi, substancat e tretura më polare treten në tretësin më polar, ndërsa substancat e tretura më pak polare në tretësin më pak polar. Me ekstraktimin me tretës, është e mundur të ndahen tiofenet e oksiduara (sulfoksidet, sulfonet) nga një fazë vajore duke përdorur acetonitril ose tretës të tjerë polarë. Ekstraktimi me tretës përdoret gjithashtu për të ekstraktuar materiale, si uraniumi, plutoniumi ose toriumi, nga tretësirat acide në organofosfatin tri-n-butil fosfat (procesi PUREX).
Reduktoni përdorimin e tretësve: Përdorimi i ultratingujve minimizon përdorimin e tretësve në proces dhe optimizon ngarkesën e produktit në tretës. Ai gjithashtu sjell një ekstraktim më të shpejtë dhe më të plotë.
Klikoni këtu për të lexuar më shumë rreth desulfurizimit oksidativ të asistuar nga ultratingujt!

Ekstraktimi Soxhlet i asistuar nga ultratingujt

Ekstraktimi Soxhlet është një teknikë ekstraktimi ngurtë–lëng që përdoret shpesh në laboratorët e sintezës dhe të analizës. Ekstraktimi Soxhlet zbatohet kryesisht kur një substancë ka vetëm tretshmëri të kufizuar në një tretës dhe papastërtia është e patretshme në atë tretës.
Ultratingujt mund të kombinohen me shumë sukses me ekstraktimin Soxhlet, duke sjellë rendimente më të larta dhe kohë më të shkurtër ekstraktimi.
Ju lutemi klikoni këtu për të mësuar më shumë rreth ekstraktimit Soxhlet të asistuar nga ultratingujt!

Ekstraktimi në shkrirje duke përdorur sonikimin

Ekstraktimet lëng–lëng mund të kryhen në përzierje ku njëra ose të dyja fazat e lëngëta janë shkrirje, si kripëra të shkrira ose metale të shkrira, si merkuri. Sonikimi i fuqishëm në linjë në reaktorë ultrasonikë me qelizë rrjedhjeje mundëson përpunimin edhe të lëngjeve me viskozitet të lartë, si shkrirjet.

Lixhivimi i asistuar nga ultratingujt

Lixhivimi përshkruan përdorimin e acideve, tretësve ose ujit të nxehtë për të tretur në mënyrë selektive një substancë të tretshme nga një bartës i ngurtë inert dhe i patretshëm. Lixhivimi përdoret shpesh në miniera për të nxjerrë metale nga xeherorët.
Përfitimet e lixhivimit ultrasonik:

• shpëlarja e vrimave të vogla të materialeve poroze
• kapërcimi i selektivitetit të membranave
• shkatërrimi, ndarja në shtresa dhe çagllomerimi i lëndëve të ngurta
• heqja e shtresave pasive
• heqja e shtresave të oksideve
• lagia e të gjithë sipërfaqes së materialit, veçanërisht për lëngjet me tension të lartë sipërfaqësor
• ulja e viskozitetit nga sforcimi prerës

Klikoni këtu për të mësuar më shumë rreth lixhivimit ultrasonik!

Sonikatorë Hielscher për çdo vëllim prodhimi

Sonikimi në shkallë laboratorike, me pajisje tavoline dhe në shkallë prodhimi: Të gjitha pajisjet ultrasonike Hielscher janë ndërtuar për të punuar 24h/7d; edhe homogjenizuesit ultrasonikë laboratorikë mund të përpunojnë vëllime të konsiderueshme, si në tufa ashtu edhe me rrjedhje të vazhdueshme. Pajisjet ultrasonike të tavolinës dhe ato industriale janë projektuar dhe ndërtuar sipas standardeve industriale, në mënyrë që vëllimet e mëdha dhe materialet me viskozitet të lartë të mund të përpunohen pa probleme – edhe në kushte kërkuese, si presione dhe temperatura të larta (p.sh. në kombinim me CO2 superkritik, për procese ekstrudimi etj.). Pajisjet ultrasonike robuste të Hielscher mund të përpunojnë tretës, lëngje abrazive dhe substanca gërryese. Aksesorët e përshtatshëm mundësojnë përshtatjen optimale të sistemit ultrasonik me kërkesat e procesit të ekstraktimit. Për instalim në mjedise të rrezikshme, ofrohen sisteme ultrasonike të mbrojtura nga shpërthimi me klasifikim ATEX ose FM.
Kështu, sonikatorët robustë dhe të fuqishëm Hielscher dhe gama e gjerë e aksesorëve mundësojnë sonikimin e materialeve si uji i nxehtë/ lëngjet e nxehta, acidet, metalet e shkrira, kripërat e shkrira, tretësit (p.sh. metanoli, heksani; tretës organikë dhe polarë, p.sh. acetonitrili).

Diagrami i rrjedhës: Fazat e ekstraktimit ultrasonik me transferim ndërmjet fazave