Ултразвучно потпомогнута каталитичка екстракција

Хиелсцхер ултразвучни реактори се користе у многим индустријама да помогну и побољшају обраду каталитичке екстракције (ЦЕП) или такозвану екстракцију фазног преноса (ПТЕ). Каталитичка екстракција укључује хетерогени фазни систем који се не меша, као што је течност-течност или течност-чврста материја. Ултразвучне велике смичне и кавитационе силе значајно побољшавају стопе растварања растворених материја што доводи до брже и потпуније екстракције. Поред тога, овај ефекат се може користити за смањење количине коришћеног растварача или киселине. Као доказана техника, ултразвучно потпомогнута екстракција се све више користи због растуће потражње за еколошким техникама екстракције са скраћеним временом екстракције и смањеном потрошњом органских растварача.

Каталитичка екстракција / екстракција преноса фазе – Основе

Термин “Обрада каталитичком екстракцијом (ЦЕП) или екстракција трансфером фазе (ПТЕ) описује дистрибуцију течност-течност или чврста-течност када је екстракција и уклањање аналита фокусирано. Због тога, течни или чврсти разблаживач мора да се диспергује/емулгује у растварач (течна фаза). По термину “екстрактант” описана је само активна супстанца у растварачу (тј. хомогена „органска фаза’ који садржи екстрактант, разблаживач и/или модификатор) који је првенствено одговоран за пренос растворене супстанце из „воденог’ до 'органског’ фаза. [ИУПАЦ]. Циљна материја која се екстрахује назива се екстрактом.
Традиционалне методе екстракције као што су сокслет екстракција, мацерација, микроталасна пећница, перколација, екстракција под рефлуксом и дестилацијом паром, или турбо-екстракција су често споре и неефикасне и/или захтевају велику количину опасних растварача што доводи до скупог и дуготрајног процеса која је штетна по животну средину.
Ултразвук је доказана алтернатива конвенционалним методама екстракције која обезбеђује бржу и потпунију екстракцију са мање или без опасних растварача! Ултразвук је моћна техника за зелену, еколошки прихватљиву обраду.

Принцип ултразвучне каталитичке екстракције

За екстракцију супстанце, фазе које се не мешају морају се мешати тако да се супстанца која се екстрахује може растворити из фазе носача у фазу растварача. Екстракције са фазним трансфером се најчешће изводе из дисперзне фазе у континуирану фазу, што значи да капљице и честице морају бити хомогено дисперговане у растварачу.
Повер ултразвук је добро позната технологија мешања и екстракције која има неколико позитивних ефеката на процес екстракције:

Предности ултразвучне екстракције:

• разбити граничне слојеве
• савладати ван-дер-Валсове снаге
• померити незасићену течност на контактну површину
• смањити или елиминисати потребу за трансфер агентима
• смањити време, температуру и/или концентрацију
• мањи вишак у поређењу са запремином потребном за потпуно засићење
• мања запремина која се рафинише (нпр. дестилацијом, испаравањем, сушењем)
• нема реактора са континуираним мешањем (ЦСР)
• уштедите енергију
• нема батцхинг већ инлине обрада
• користите мање кисели или јефтинији растварач
• избегавајте раствараче, уместо њих користите водени раствор
• обрадити високе концентрације чврстих материја или каше високог вискозитета
• зелена обрада: еколошки прихватљива
• користите органске киселине, као што су јабучна киселина или лимунска киселина
• избегавајте вишестепене процесе екстракције

екстракција течност-течност

Конвенционални процес: Екстракција течност-течност је метода раздвајања за екстракцију супстанци из једне течне фазе у другу течну фазу на основу релативне растворљивости супстанци у две различите течне фазе које се не мешају. Употреба ултразвука побољшава брзину којом се растворена супстанца преноси између две фазе захваљујући високим перформансама мешање, Емулгирајуће, и Растварање!
Екстракција течност-течност је техника раздвајања за изоловање и концентрисање вредних компоненти из воденог раствора коришћењем органског растварача. Екстракција течност-течност се често примењује када су друге технике одвајања (нпр. дестилација) неефикасне. Екстракција течност-течност се користи у фармацији & козметичка (активна једињења, АПИ, мириси), као и прехрамбена и пољопривредна индустрија, за органску и неорганску хемију, петрохемијску индустрију и хидрометалургију.

Проблем: Чест проблем је немешљивост течних фаза (растварач и разблаживач се не мешају), тако да је потребан одговарајући метод мешања. Пошто равномерно мешање обе течне фазе промовише фазни трансфер између разблаживача и растварача, поуздана метода дисперговања или емулговања је кључна. Што је смеша финија и што је већа контактна површина између обе фазе, то боље растварач може да путује из једне течне фазе у другу течну фазу. Конвенционалним процесима екстракције углавном недостаје промоција преноса масе тако да је процес екстракције спор и често непотпун. За побољшање екстракције често се користе превелике количине растварача, што процес чини скупим и загађујућим животну средину.
 

 
Решење: Ултразвучна екстракција течност-течност надмашује традиционалне технике екстракције течност-течност у различитим тачкама:
Снажни ултразвук меша две или више течних фаза поуздано и лако заједно. Ултразвуком, капљице се могу смањити на нано-величину, тако да је фино микро- и нано-емулзије добијају се. При томе, генерисане кавитационе силе подстичу пренос масе између течних фаза. Како се соникација може изводити у континуираном инлине систему, велике количине и високо вискозне течности може се носити без проблема.
Али и микро екстракција, нпр. за аналитичке сврхе, такође се може побољшати соникацијом (нпр. микро-екстракција на бази јонске течности са ултразвучном емулзификацијом).

Предности ултразвучне екстракције:
Моћне ултразвучне силе – генерисан ултразвуком ниске фреквенције/велике снаге – помаже да се

• преобликовати капљице
• избегавајте агенсе за пренос емулзије или амфифилне катализаторе
• избегавајте употребу детерџената или сурфактаната
• избегавајте амфифилне катастале, детерџенте или сурфактанте
• стварају турбулентне нестабилне емулзије без слојева сурфактанта

Екстракција чврста-течност побољшана ултразвуком

Циљ екстракције чврсто-течност или екстракције у чврстој фази (СПЕ) је да одвоји аналите, који су растворени или суспендовани у течној смеши, и да их изолује из матрице према њиховим физичким и хемијским особинама. Због тога се изолат елуира из сорбена уз помоћ одговарајућег растварача. Екстрахована супстанца се назива елутом.
Конвенционалне СПЕ технике су мацерација, сокслет екстракција, перколација, комбинација рефлукса и дестилације паром, или мешање/турбо екстракција велике брзине. Екстракција чврсто-течно је уобичајена процедура за одвајање једињења у биологији, хемији, као иу прехрамбеној, фармацеутској и козметичкој индустрији. Екстракција метала је позната и као лужење.
Проблем: Конвенционалне СПЕ технике су познате као дуготрајне и захтевају релативно велике количине растварача који су углавном опасни по животну средину и загађују. Високе температуре процеса могу чак довести до уништења екстраката осетљивих на топлоту.
Решење: Уз ултразвучно потпомогнуту екстракцију чврста-течност, уобичајени проблеми традиционалног СПЕ могу се нормално превазићи. Како ултразвук обезбеђује фину дистрибуцију чврстих материја у фази растварача, доступна је већа међуфазна граница тако да се побољша пренос масе циљне супстанце у растварач. Ово резултира бржом и потпунијом екстракцијом док је употреба растварача смањена или потпуно избегнута (уместо тога користите воду као течну фазу). Применом снажног ултразвука, екстракција чврсте фазе може бити ефикаснија, економичнија и еколошки прихватљивија. Због смањења или избегавања загађујућих или опасних растварача, ултразвучна екстракција се може сматрати еколошки прихватљивом Зелени процес. Економски, трошкови процеса су смањени због уштеде енергије, растварача и времена.

ултразвучна екстракција растварачем

У случају екстракције растварачем, растварач (нпр. органски растварач) се користи за растварање и одвајање једињења од друге течности (нпр. водене фазе). Генерално, поларније растворене материје се растварају у поларнијем растварачу, а мање поларне растворене супстанце у мање поларном растварачу. Користећи екстракцију растварачем, могуће је одвојити оксидоване тиофене (сулфоксиде, сулфоне) из уљне фазе коришћењем ацетонитрила или других поларних растварача. Екстракција растварачем се такође користи за екстракцију материјала, као што су уранијум, плутонијум или торијум из киселих раствора у органофосфатне три-Н-бутил фосфат (ПУРЕКС процес).
Смањите употребу растварача: Употреба ултразвука минимизира употребу растварача у процесу и оптимизује оптерећење производа у растварачу. Такође доводи до бржег и потпунијег извлачења.
Кликните овде да прочитате више о ултразвучном оксидативном одсумпоравању!

Ултразвучно потпомогнута Сокхлет екстракција

Сокхлет екстракција је техника екстракције чврсто-течност која се често користи у синтетичким и аналитичким лабораторијама. Сокхлет екстракција се углавном примењује када супстанца има само ограничену растворљивост у растварачу, а нечистоћа је нерастворљива у том растварачу.
Ултразвук се може веома успешно комбиновати са Сокхлет екстракцијом што резултира повећањем приноса и краћим временом екстракције.
Кликните овде да сазнате више о ултразвучној екстракцији Сокхлет-а!

Екстракција у топљењу помоћу соникације

Екстракције течност-течност се могу изводити у смешама где су једна или обе течне фазе растопљене, као што су растопљене соли или растопљени метали, као што је жива. Снажна инлине соникација у реакторима са ултразвучним проточним ћелијама омогућава обраду чак и течности високог вискозитета, као што су талине.

Ултразвучно испирање

Излуживање описује употребу киселина, растварача или топле воде за селективно растварање растворене супстанце из инертног нерастворног чврстог носача. Испирање се често користи у рударству за вађење метала из руда.
Предности ултразвучног испирања:

• опрати мале отворе од порозних материјала
• превазилажење селективности мембрана
• уништавају чврсте материје, деламинирају и деагломеришу чврсте материје
• уклањање пасивних слојева
• уклањање оксидних слојева
• навлажите сву површину материјала, посебно за течности са високим површинским напоном
• смицање стањивања

Кликните овде да сазнате више о ултразвучном испирању!

Хиелсцхер Соницаторс за било који обим производње

Обрада ултразвуком у лабораторији, на столу и на производном нивоу: Сви Хиелсцхер ултразвучни уређаји су направљени да раде 24х/7д, чак и ултразвучни лабораторијски хомогенизатори могу да обрађују значајне количине било у серијском или проточном режиму. Столни и индустријски ултразвучни апарати су дизајнирани и направљени у индустријском нивоу тако да се велике количине и високи вискози могу обрадити без проблема – чак и под захтевним условима као што су високи притисци и високе температуре (нпр. у комбинацији са суперкритичним ЦО2, за процесе екструзије итд.). Хиелсцхер-ови робусни ултрасоникатори су у стању да рукују растварачима, абразивним течностима и корозивима. Одговарајући прибор омогућава да се ултразвучни систем оптимално прилагоди захтевима процеса екстракције. За уградњу у опасним окружењима, АТЕКС или ФМ ултразвучни системи отпорни на експлозију су доступни.
На тај начин, Хиелсцхер робусни и моћни соникатори и широк спектар додатака омогућавају ултразвучну обраду материјала као што су топла вода/течности, киселине, растопљени метали, растопљени соли, растварачи (нпр. метанол, хексан; органски, поларни растварачи нпр. ацетонитрил).

Дијаграм тока: Фазе екстракције ултразвучног преноса фазе