การสังเคราะห์โพลิออลผ่าน Transesterification แบบอัลตราโซนิก

โพลิออลเป็นเอสเทอร์สังเคราะห์ที่ผลิตส่วนใหญ่ผ่านการทรานส์เอสเทอริฟิเคชันของไตรกลีเซอไรด์จากน้ํามันพืชหรือไขมันสัตว์ โพลิออลเหล่านี้เป็นวัตถุดิบในการผลิตโพลียูรีเทน สารหล่อลื่นชีวภาพ และสารหล่อลื่นอื่นๆ อัลตราโซนิกใช้เพื่อเพิ่มปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันโดยใช้แรงเฉือนและพลังงานความร้อนที่รุนแรง อัลตราซาวนด์และเอฟเฟกต์โซโนเคมีจะให้พลังงานปฏิกิริยาและช่วยเอาชนะข้อจํากัดในการถ่ายเทมวล ด้วยเหตุนี้ sonication จึงช่วยเพิ่มความเร็วในการ transesterification ผลผลิตและประสิทธิภาพโดยรวมได้อย่างมาก

อัลตราซาวนด์ช่วยทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน

ปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันเป็นหนึ่งในเส้นทางการสังเคราะห์ที่สําคัญที่สุดและใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนน้ํามันพืชให้เป็นสารทดแทนผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม การสังเคราะห์โซโน (การสังเคราะห์โซโนเคมีซึ่งเป็นการสังเคราะห์ทางเคมีที่ส่งเสริมผ่านอัลตราซาวนด์ประสิทธิภาพสูง) เป็นที่รู้จักกันดีว่ามีประโยชน์ต่อการถ่ายโอนเอสเทอริฟิเคชันเช่นเดียวกับกระบวนการทางเคมีอื่น ๆ

การสังเคราะห์โพลิออลอย่างยั่งยืนจากน้ํามันพืชโดยใช้อัลตราซาวนด์

กรดไขมันที่ได้จากพืช เช่น น้ํามันพืช เป็นวัตถุดิบที่มีจําหน่ายอย่างแพร่หลายและหมุนเวียนได้ และสามารถใช้สําหรับการเตรียมโพลิออลชีวภาพและโพลียูรีเทน การประยุกต์ใช้อัลตราซาวนด์พลังงานสร้างผลโซโนเคมีที่ดีซึ่งช่วยเร่งปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยาของทรานส์เอสเทอริฟิเคชันได้อย่างมีนัยสําคัญ นอกจากนี้การ sonication ยังช่วยเพิ่มผลผลิตของโพลิออลที่สังเคราะห์ได้เนื่องจากพลังงานการผสมที่เข้มข้นของโพรงอากาศอะคูสติกเอาชนะข้อ จํากัด การถ่ายโอนมวล ปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันอัลตราโซนิกเป็นที่ทราบกันดีว่าทํางานได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยแอลกอฮอล์และตัวเร่งปฏิกิริยาที่ต่ํากว่าเป็นปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันทั่วไป สิ่งนี้นําไปสู่ประสิทธิภาพโดยรวมที่ดีขึ้นโดยอัลตราโซนิก

การสังเคราะห์อัลตราโซนิกของสารหล่อลื่นชีวภาพที่ใช้ Pentaerythritol Ester

Pentaerythritol ester สามารถสังเคราะห์ได้อย่างมีประสิทธิภาพจากน้ํามันเรพซีดผ่านกระบวนการโซโนเคมีสองขั้นตอนตามที่แสดงให้เห็นโดยทีมวิจัยของ Arumugam ในการศึกษาการเพิ่มประสิทธิภาพนักวิจัยใช้เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher UP400St (ดูภาพซ้าย) ในการแปลงเอสเทอริฟิเคชันที่ส่งเสริมด้วยโซโนเคมีครั้งแรกน้ํามันเรพซีดจะทําปฏิกิริยากับเมทานอลกับเมทิลเอสเทอร์ ในขั้นตอนที่สอง เมทิลเอสเทอร์จะทําปฏิกิริยากับไซลีนและตัวเร่งปฏิกิริยากับเพนทาเอริทริทอลเอสเทอร์ นักวิจัยมุ่งเน้นไปที่การเพิ่มประสิทธิภาพของพารามิเตอร์กระบวนการอัลตราโซนิกเพื่อเพิ่มผลผลิตและประสิทธิภาพโดยรวมของการสังเคราะห์เพนทาอิริทริทอลเอสเทอร์ภายใต้อัลตราซาวนด์ ผลผลิตที่ดีขึ้นของ 81.4% ของเพนทาเอริทริทอลเอสเทอร์ทําได้ด้วยพัลส์อัลตราโซนิก 15 วินาที แอมพลิจูดอัลตราโซนิก 60% ความเข้มข้นของตัวเร่งปฏิกิริยา 1.5 wt% และอุณหภูมิปฏิกิริยา 100 °C สําหรับการควบคุมคุณภาพ pentaerythritol ester ที่สังเคราะห์ด้วยโซโนเคมีถูกเปรียบเทียบกับน้ํามันคอมเพรสเซอร์เกรดสังเคราะห์ โดยสรุป การศึกษาชี้ให้เห็นว่ากระบวนการทรานส์เอสเทอริฟิเคชันต่อเนื่องที่ส่งเสริมด้วยอัลตราโซนิกเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการแทนที่กระบวนการทรานส์เอสเทอริเคชันแบบต่อเนื่องแบบเดิมสําหรับการสังเคราะห์สารหล่อลื่นชีวภาพที่ใช้เพนทาอิริทริทอลเอสเทอร์ ข้อได้เปรียบที่สําคัญของกระบวนการทรานส์เอสเทอริเคชันอัลตราโซนิกคือผลผลิตที่เพิ่มขึ้นของเพนทาอิริทริทอลเอสเทอร์เวลาปฏิกิริยาที่สั้นลงและอุณหภูมิของปฏิกิริยาที่ลดลงอย่างมีนัยสําคัญ (อ้างอิง Arumugam et al., 2019)

อัลตราโซนิกเพิ่มความเข้มข้นสองขั้นตอนของน้ํามันเรพซีดไปยังเพนทาเอริทริทอลเอสเทอร์
(ดัดแปลงจาก Arumugam et al., 2019)

Pentanal-derived Acetal Esters ผ่านการสังเคราะห์อัลตราโซนิก

ทีมวิจัยของ Kurniawan สังเคราะห์อะซีตัลเอสเทอร์ที่ได้จากเพนทานัลสามชนิดด้วยวิธีการโซโนเคมีโดยใช้หลักการของเคมีสีเขียว Sonication ถูกใช้เพื่อส่งเสริมสองขั้นตอนทางเคมี:

1. เอสเทอริฟิเคชันของกรด 9,10-dihydroxyoctadecanoic
2. อะซิทาไลเซชันของอัลคิล 9,10-dihydroxyoctadecanoate

ในการผลิตเอสเทอร์ของอัลคิล 9,10- ไดไฮดรอกซีสเตียเรตจําเป็นต้องมีสองขั้นตอนและได้ผลผลิต 67-85% สําหรับการประเมินประสิทธิภาพวิธีการโซโนเคมีถูกเปรียบเทียบกับเทคนิคกรดไหลย้อนทั่วไป นอกจากนี้ ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันและเป็นของแข็ง ได้แก่ กรดซัลฟิวริก (H2SO4) เบนโทไนต์ธรรมชาติ และ H-เบนโทไนต์ ถูกนํามาใช้เพื่อกําหนดอิทธิพลและประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาต่างๆ พบว่าเอสเทอริฟิเคชันโซโนเคมีของกรดที่เร่งปฏิกิริยาโดย H-bentonite ให้ผลผลิตสูงถึง 70% ในเวลาตอบสนองที่สั้นกว่าวิธีกรดไหลย้อน 3 เท่า ซึ่งน่าทึ่ง ขั้นตอนสุดท้ายของอะซิทาลด้วย n-pentanal ต่อหน้า H-bentonite โดยใช้อัลตราโซนิกทําให้อนุพันธ์ไดออกโซเลนที่ได้มาจากเพนทานอลสามตัวในผลผลิต 69-85% ซึ่งสูงกว่าวิธีทั่วไป วิธีกรดไหลย้อนต้องใช้เวลาในการทําปฏิกิริยานานกว่าวิธีโซโนเคมีเนื่องจากการสังเคราะห์อัลตราโซนิกใช้เวลาเพียง 10-30 นาที นอกเหนือจากเวลาปฏิกิริยาที่สั้นลงอย่างมีนัยสําคัญภายใต้การ sonication ยังได้รับผลผลิตที่โดดเด่นของเอสเทอร์แต่ละชนิดโดยใช้วิธีโซโนเคมี
นักวิจัยยังคํานวณด้วยว่าความต้องการพลังงานของปฏิกิริยาโซโนเคมีนั้นประมาณ 62 เท่าต่ํากว่าวิธีทั่วไป ช่วยลดต้นทุนและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
การตรวจสอบคุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของแต่ละผลิตภัณฑ์พบว่าเมทิล 8-(2-บิวทิล-5-octyl-1,3-dioxolan-4-yl)octanoate เป็นสารหล่อลื่นชีวภาพใหม่ที่มีศักยภาพพร้อมฟังก์ชันทดแทนสารหล่อลื่นทั่วไป (อ้างอิง Kurniawan et al., 2021)

Transesterification ของ Pentaerythryl Esters โดยใช้อัลตราซาวนด์

Pentaerythryl esters สามารถหาได้จากน้ํามันพืช เช่น ดอกทานตะวัน ลินสีด และน้ํามันจาโตรฟา ทีมวิจัยของ Hashem สาธิตการสังเคราะห์สารหล่อลื่นชีวภาพผ่านการทรานส์เอสเทอริฟิเคชันที่เร่งปฏิกิริยาด้วยเบสต่อเนื่องซึ่งเกี่ยวข้องกับขั้นตอนการทรานสเทอริฟิเคชันสองขั้นตอน พวกเขาแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของการสังเคราะห์โดยใช้น้ํามันดอกทานตะวัน ลินสีด และจาโตรฟา ในขั้นตอนแรกน้ํามันจะถูกเปลี่ยนเป็นเมทิลเอสเทอร์ที่สอดคล้องกัน ในกระบวนการที่สอง เมทิลเอสเทอร์ถูกเปลี่ยนเป็น pentaerythryl esters โดยการกระทําของ pentaerythritol ดังที่แสดงในรูปแบบต่อไปนี้: (cf. Hashem et al., 2013)

หลังจากการเปลี่ยนเอสเทอริเคชันของน้ํามันพืชเป็นเมทิลเอสเทอร์เมทิลเอสเทอร์จะถูกเปลี่ยนเป็นเพนทาเอริทริลเอสเทอร์โดยการกระทําของเพนทาเอริทริทอลดังที่แสดงในรูปแบบข้างต้น
(อ้างอิง Hashem et al., 2013)

ผลการเพิ่มปฏิกิริยาอย่างมีนัยสําคัญของอัลตราโซนิกต่อ transesterification ได้รับการพิสูจน์ทางวิทยาศาสตร์และได้รับการยอมรับในอุตสาหกรรมมานานหลายทศวรรษ ตัวอย่างที่โดดเด่นที่สุดสําหรับการเทรนสเตอริฟิเคชันที่ได้รับการปรับปรุงด้วยอัลตราโซนิกคือการเปลี่ยนน้ํามันและไขมันเป็นกรดไขมันเมทิลเอสเทอร์ (FAME) หรือที่เรียกว่าไบโอดีเซล
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการถ่ายโอนเอสเทอริฟิเคชันของน้ํามันและไขมัน (ของเสีย) เป็นไบโอดีเซลด้วยอัลตราซาวนด์!

โพรบอัลตราโซนิกและเครื่องปฏิกรณ์สําหรับ Transesterification และการสังเคราะห์ทางเคมีอื่น ๆ

Hielscher Ultrasonics เป็นผู้เชี่ยวชาญของคุณเมื่อพูดถึงเครื่องอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงที่ซับซ้อนสําหรับปฏิกิริยาโซโนเคมี Hielscher ออกแบบผลิตและจัดจําหน่ายเครื่องอัลตราโซนิกกําลังสูงและอุปกรณ์เสริมเช่นโพรบ (sonotrodes) เครื่องปฏิกรณ์และโฟลว์เซลล์ในทุกขนาดและจัดหาห้องปฏิบัติการเคมีตลอดจนโรงงานผลิตสารเคมีในระดับอุตสาหกรรม ตั้งแต่อุปกรณ์อัลตราโซนิกในห้องปฏิบัติการขนาดกะทัดรัดไปจนถึงโพรบอัลตราโซนิกอุตสาหกรรมและเครื่องปฏิกรณ์ Hielscher มีระบบอัลตราโซนิกที่เหมาะสําหรับกระบวนการของคุณ ด้วยประสบการณ์อันยาวนานในการใช้งานเช่นการเร่งปฏิกิริยาโซโนและการสังเคราะห์โซโนพนักงานที่ผ่านการฝึกอบรมมาเป็นอย่างดีของเราจะแนะนําการตั้งค่าที่เหมาะสมที่สุดสําหรับความต้องการของคุณ
Hielscher Ultrasonics ผลิตระบบอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงที่มีความทนทานสูงมากและสามารถส่งคลื่นอัลตราซาวนด์ที่เข้มข้นได้เนื่องจากเครื่องอัลตราโซนิกอุตสาหกรรมของ Hielscher ทั้งหมดสามารถให้แอมพลิจูดที่สูงมากในการทํางานต่อเนื่อง (24/7) ระบบอัลตราซาวนด์ที่แข็งแกร่งแทบไม่ต้องการการบํารุงรักษาและสร้างขึ้นเพื่อใช้งาน สิ่งนี้ทําให้อุปกรณ์อัลตราโซนิกของ Hielscher มีความน่าเชื่อถือสําหรับการใช้งานหนักภายใต้สภาวะที่ต้องการ นอกจากนี้ยังมี sonotrodes พิเศษสําหรับอุณหภูมิสูงหรือสารเคมีที่รุนแรงมาก
คุณภาพสูงสุด – ออกแบบและผลิตในประเทศเยอรมนี: อุปกรณ์ทั้งหมดได้รับการออกแบบและผลิตในสํานักงานใหญ่ของเราในประเทศเยอรมนี ก่อนส่งมอบให้กับลูกค้าอุปกรณ์อัลตราโซนิกทุกชิ้นได้รับการทดสอบอย่างรอบคอบภายใต้ภาระเต็มที่ เรามุ่งมั่นเพื่อความพึงพอใจของลูกค้า และการผลิตของเรามีโครงสร้างเพื่อให้เป็นไปตามการประกันคุณภาพสูงสุด (เช่น การรับรองมาตรฐาน ISO)

ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา: