Poliol sinteza preko ultrazvučne transesterifikacije

Polioli su sintetički estari proizvedeni uglavnom putem transesterifikacije triglicerida iz biljnih ulja ili životinjskih masti. Ovi polioli su sirovina za proizvodnju poliuretana, biolubrikanata i drugih džemikalaca. Ultrazvučnost se koristi za poboljšanje reakcija transesterifikacije primenom intenzivnih čaršijskih sila i toplotne energije. Ultrazvuk i njegovi sonohemijski efekti snabdevaju energijom reakcije i pomažu u prevazilaženju ograničenja masovnog prenosa. Time sonicija značajno poboljšava brzinu transesterifikacije, prinos i ukupnu efikasnost.

Ultrazvučno potpomognute transesterifikacije

Reakcije na transesterifikaciju su jedan od najvažnijih puteva sinteze i široko se koriste kao efikasna tehnika za pretvaranje biljnih ulja u zamene za naftne proizvode. Sono-sinteza (takođe sonohemijska sinteza, a to je hemijska sinteza promovisana ultrazvukom visokih performansi), dobro je poznata po blagotvornom dejstvu na transesterifikaciju kao i druge hemijske procese.

Sustainable Polyol Synthesis from Vegetable Oils using Ultrasound

Biljne izvedene masne kiseline, ili biljna ulja, široko su dostupna i obnovljiva sirovina i mogu se koristiti za pripremu biobasiranih poliola i poliuretana. Primena power ultrazvuka stvara povoljne sonohemijske efekte, koji značajno ubrzavaju katalitičku reakciju transesterifikacije. Pored toga, sonicija povećava prinos sintetizovanih poliola jer intenzivna energija mešanja akustične kavitacije prevazilazi ograničenje masovnog prenosa. Ultrazvučne reakcije transesterifikacije su dobro poznate po tome da se efikasno pokreću sa nižim alkoholom i katalizatorom kao konvencionalnim reakcijama na transesterifikaciju. To dovodi do poboljšanja ukupne efikasnosti ultrazvučnošću.

Ultrazvučna sinteza biolubricanta zasnovanog na Pentaerythritol Ester

Pentaerythritol ester se može efikasno sintetizovati od silovane nafte putem dvokoračnog sonohemičnog procesa što je pokazao istraživački tim Arumugama. U svojoj studiji optimizacije, istraživači su koristili Hielscher ultrazvučni UP400St (pogledajte sliku levo). U prvoj sonohemiиno promovisanom transesterifikaciji, silovano ulje reaguje metanolom na metil ester. U drugom koraku transesterifikacije, metil ester reaguje sa ksilenom i katalizatorom na pentaerythritol ester. Istraživač se fokusirao na optimizaciju ultrazvučnih parametara procesa u cilju poboljšanja prinosa i ukupne efikasnosti sinteze pentaerithritol ester pod ultrazvukom. Poboljšani prinos od 81,4% pentaerythritol ester je ostvaren ultrazvučnim pulsom od 15 s, ultrazvučnom amplitude od 60%, katalizatorskom koncentracijom od 1,5 wt%, i temperaturom reakcije od 100°C. Za kontrolu kvaliteta, sonohemijski sintetizovani pentaerythritol ester je upoređivan sa sintetičkim uljem kompresora. Kao zaključak, studija sugeriše da je ultrasonično promovisan uzastopni proces transesterifikacije efikasan metod za zamenu konvencionalnog uzastopnog procesa transesterifikacije za sintezu biolubrikanta zasnovanog na pentaerythritol esteru. Glavne prednosti procesa ultrazvučne transesterifikacije su povećani prinosi pentaerythritol ester, skraćeno vreme reakcije i znatno niže temperature reakcije. (cf. Arumugam et al., 2019)

Ultrasonično intenzivirana dvosatna transesterifikacija silovane nafte u pentaerythritol ester.
(adaptirano iz Arumugam et al., 2019)

Pentanal-Derived Acetal Esters via Ultrasonic Synthesis

Istraživački tim Kurnjavana sintetizovao je tri pentanalno izvedena acetalna estera putem sonohemijske metode koja koristi principe zelene hemije. Sonication je korišćen za promovisanje dva hemijska koraka:

1. Esterifikacija 9,10-dihydroxyoctadecanoic kiseline
2. Acetalyzation of alkyl 9,10-dihydroxyoctadecanoate

Da bi se proizveli estari alkil 9,10- dihydroxystearate potrebna su dva koraka i dobijeni su prinosi od 67-85%. Za procenu efikasnosti, sonohemijska metoda je upoređivana sa konvencionalnom refluksnom tehnikom. Pored toga, homogeni i čvrsti kiseli katalizatori, tačnije sumporna kiselina (H2SO4), prirodni bentonit i H-bentonit, korišćeni su za utvrđivanje uticaja i efikasnosti različitih katalizatora. Utvrđeno je da je sonohemijska esterifikacija kiseline katalizovane H-bentonitom dala proizvode u do 70% prinosa za 3 puta kraće vreme reakcije od refluks metode, što je izvanredno. Poslednji korak acetalizacije sa n-pentanalom u prisustvu H-bentonita koristeći ultrazvučnost priuštio je tri derivata pentanalne izvedene dioksolane u prinosima od 69–85 odsto, koji su veći od konvencionalne metode. Refluks metoda je zahtevala duže vreme reakcije od sonohemijske metode pošto je ultrazvučna sinteza zahtevala samo 10-30min. Pored znatno kraćeg vremena reakcije pod sonikacijom, izuzetan prinos svakog estera dobijen je sonohemijskom metodom.
Istraživač je takođe izračunao da su energetski zahtevi sonohemijske reakcije apropo. To smanjuje troškove i povoljno je po životnu sredinu.
Ispitivanjem fiziohemijskih svojstava svakog proizvoda otkriveno je da je metil 8-(2-butyl-5-octyl-1,3-dioksolan-4-yl)oktanoat potencijalni roman biolubricant sa funkcionalnostima za zamenu uobičajenih maziva. (cf. Kurniawan et al., 2021)

Transesterification of Pentaerythryl Esters using Ultrasound

Pentaerythryl esters se može dobiti od biljnih ulja kao što su suncokretovo, laneno i jatropsko ulje. Istraživački tim Hashema demonstrirao je sintezu biobasiranih maziva putem uzastopnih transesterifikacija koje uključuju dva transesterzaciona koraka. Oni su demonstrirali izvodljivost sinteze koristeći suncokretovo, laneno i jatrofno ulje. U prvom koraku, ulja su pretvorena u odgovarajuće metil estere. U drugom procesu, metil esteri su pretvoreni u pentaerythryl esters akcijom pentaerythritol kao što je prikazano u sledećoj šemi: (cf. Hashem et al., 2013)

Nakon transesterifikacije biljnog ulja u metil ester, metil esteri se pretvaraju u pentaerythryl esters delovanjem pentaerythritol-a kao što je prikazano u gorenavedenom planu.
(cf. Hashem et al., 2013)

Značajna reakcija koja pospešuje efekte ultrazvučnosti na transesterifikaciju je naučno dokazana i već od decenija industrijski usvojena. Najistaknutiji primer za ultrasonično poboljšanu tranesterifikaciju je pretvaranje ulja i masti u masnu kiselinu metil ester (FAME), poznatu kao biodizel.
Pročitaj više o Ultrazvučna transesterifikacija (otpadnih) ulja i masti u biodizel!

Ultrazvučne sonde i reaktori za transesterifikaciju i druge hemijske sinteze

Hielscher Ultrasonics je vaš specijalista kada su u pitanju sofisticirani ultrazvučnici visokih performansi za sonohemijske reakcije. Hielscher dizajnira, proizvodi i distribuira ultrazvučnike visoke snage i prateću opremu kao što su sonotrodi, reaktori i ćelije protoka u bilo kojoj veličini i snabdeva hemijske laboratorije, kao i objekte za hemijsku proizvodnju na industrijskom nivou. Od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja do industrijskih ultrazvučnih sondi i reaktora, Hielscher ima idealan ultrazvučni sistem za vaš proces. Sa dugogodišnjim iskustvom u aplikacijama kao što su sono-kataliza i sono-sinteza, naše dobro obučeno osoblje će vam preporučiti najpogodnije podešavanje za vaše zahteve.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne sisteme visokih performansi veoma visoke robusnosti i sposoban je da isporuči intenzivne ultrazvučne talase s obzirom da svi Hielscher industrijski ultrazvučnici mogu da isporuče veoma visoke amplitude u kontinuiranom radu (24/7). Robusni ultrazvučni sistemi ne zahtevaju skoro nikakvo održavanje i napravljeni su za pokretanje. To čini Hielscher ultrazvučnu opremu pouzdanom za teške aplikacije pod zahtevnim uslovima. Dostupni su i specijalni sonotroidi za visoku temperaturu ili veoma oštre hemikalije.
Najviši kvalitet – Dizajnirano i napravljeno u Nemačkoj: Sva oprema je projektovana i proizvedena u našem sedištu u Nemačkoj. Pre isporuke kupcu, svaki ultrazvučni uređaj se pažljivo testira pod punim opterećenjem. Težimo zadovoljstvu kupaca i naša proizvodnja je strukturirana tako da ispunjava najvišu garanciju kvaliteta (npr. ISO sertifikacija).

Табела испод показује приближни капацитет обраде наших ултразвучних уређаја: