การสังเคราะห์โพลิออลผ่าน Transesterification แบบอัลตราโซนิก
โพลิออลเป็นเอสเทอร์สังเคราะห์ที่ผลิตส่วนใหญ่ผ่านการทรานส์เอสเทอริฟิเคชันของไตรกลีเซอไรด์จากน้ํามันพืชหรือไขมันสัตว์ โพลิออลเหล่านี้เป็นวัตถุดิบในการผลิตโพลียูรีเทน สารหล่อลื่นชีวภาพ และสารหล่อลื่นอื่นๆ อัลตราโซนิกใช้เพื่อเพิ่มปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันโดยใช้แรงเฉือนและพลังงานความร้อนที่รุนแรง อัลตราซาวนด์และเอฟเฟกต์โซโนเคมีจะให้พลังงานปฏิกิริยาและช่วยเอาชนะข้อจํากัดในการถ่ายเทมวล ด้วยเหตุนี้ sonication จึงช่วยเพิ่มความเร็วในการ transesterification ผลผลิตและประสิทธิภาพโดยรวมได้อย่างมาก
อัลตราซาวนด์ช่วยทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน
ปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันเป็นหนึ่งในเส้นทางการสังเคราะห์ที่สําคัญที่สุดและใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนน้ํามันพืชให้เป็นสารทดแทนผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม การสังเคราะห์โซโน (การสังเคราะห์โซโนเคมีซึ่งเป็นการสังเคราะห์ทางเคมีที่ส่งเสริมผ่านอัลตราซาวนด์ประสิทธิภาพสูง) เป็นที่รู้จักกันดีว่ามีประโยชน์ต่อการถ่ายโอนเอสเทอริฟิเคชันเช่นเดียวกับกระบวนการทางเคมีอื่น ๆ
- การแปลงอย่างรวดเร็ว
- ปฏิกิริยาที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้น
- ตัวเร่งปฏิกิริยาน้อยลง
- ผลพลอยได้ที่ไม่ต้องการน้อยลง
- ประหยัดพลังงาน
- เคมีสีเขียว
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:
- เอสเทอริฟิเคชันของกรด 9,10-dihydroxyoctadecanoic
- 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:
ปริมาณแบทช์ | อัตราการไหล | อุปกรณ์ที่แนะนํา |
---|---|---|
1 ถึง 500 มล. | 10 ถึง 200 มล. / นาที | UP100H |
10 ถึง 2000 มล. | 20 ถึง 400 มล. / นาที | UP200 ฮิต, UP400ST |
0.1 ถึง 20L | 0.2 ถึง 4L / นาที | UIP2000hdt |
10 ถึง 100L | 2 ถึง 10L / นาที | UIP4000hdT |
ไม่ | 10 ถึง 100L / นาที | UIP16000 |
ไม่ | ขนาด ใหญ่ | คลัสเตอร์ของ UIP16000 |
ติดต่อเรา! / ถามเรา!
วรรณกรรม / อ้างอิง
- Arumugam, S.; Chengareddy, P.; Tamilarasan, A.; Santhanam, V. (2019): RSM and Crow Search Algorithm-Based Optimization of Ultrasonicated Transesterification Process Parameters on Synthesis of Polyol Ester-Based Biolubricant. Arabian Journal for Science and Engineering 44, 2019. 5535–5548.
- Hashem, Ahmed; Abou Elmagd, Wael; Salem, A.; El-Kasaby, M.; El-Nahas, A. (2013): Conversion of Some Vegetable Oils into Synthetic Lubricants via Two Successive Transesterifications. Energy Sources Part A 35(10); 2013.
- Kurniawan, Yehezkiel; Thomas, Kevin; Hendra, Jumina; Wahyuningsih, Tutik Dwi (2021): Green synthesis of alkyl 8-(2-butyl-5-octyl-1, 3-dioxolan-4-yl)octanoate derivatives as potential biolubricants from used frying oil. ScienceAsia 47, 2021.
- Wikipedia: Natural Oil Polyols
ข้อเท็จจริงที่ควรค่าแก่การรู้
เส้นทางการสังเคราะห์โพลิออล
โพลิออลน้ํามันธรรมชาติ (ย่อ NOPs) หรือไบโอโพลิออลเป็นโพลิออลที่ได้จากน้ํามันพืช มีเส้นทางเคมีที่แตกต่างกันหลายเส้นทางในการสังเคราะห์ไบโอโพลิออล ไบโอโพลิออลส่วนใหญ่จะใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตโพลียูรีเทน แต่ยังใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์อื่นๆ เช่น น้ํามันหล่อลื่น อีลาสโตเมอร์ กาว หนังเทียม และสารเคลือบ
เกี่ยวกับการสังเคราะห์โพลิออลจากน้ํามันพืชมีวิธีการปฏิกิริยาต่างๆ เช่น อีพออกซิเดชัน ทรานรามิไดซ์ และทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน ตัวอย่างเช่น โพลิออลที่ใช้น้ํามันเรพซีดสามารถสังเคราะห์ได้โดยการอีพอกซิเดชันบางส่วนของพันธะคู่ในสายกรดไขมันและวงแหวนออกซิเรนที่เปิดโดยรวมโดยใช้ไดเอทิลีนไกลคอล ทรานส์อะมิดไดเซชันและทรานส์เอสเทอริฟิเคชันของพันธะเอสเทอร์ของไตรกลีเซอไรด์จากผักสามารถดําเนินการได้โดยใช้ไดเอทาโนลามีนและไตรเอทาโนลามีนตามลําดับ

Hielscher Ultrasonics ผลิตโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงจาก ห้องทดลอง ถึง ขนาดอุตสาหกรรม