การสะโปไนซ์ – กระบวนการทําสบู่ด้วยอัลตราโซนิก

Saponification เป็นกระบวนการทางเคมีของการทําสบู่ เป็นปฏิกิริยาที่วัตถุดิบของไขมันหรือน้ํามัน (ไตรกลีเซอไรด์) ทําปฏิกิริยากับสารตั้งต้นอัลคาไลเพื่อสร้างสบู่ อัลตราโซนิกช่วยเพิ่มตัวเร่งปฏิกิริยาการถ่ายโอนเฟสส่งผลให้ความเร็วในการทําปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นการแปลงที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นและหลีกเลี่ยงการใช้รีเอเจนต์เบสมากเกินไปเช่นทอแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) หรือโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) การไฮโดรไลซิสอัลคาไลน์ที่เริ่มต้นด้วยอัลตราโซนิกสามารถนําไปใช้ได้อย่างง่ายดายในการผลิตสบู่เชิงพาณิชย์ เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกสําหรับสบู่ให้ผลผลิตที่สูงขึ้นในเวลาอันสั้นโดยไม่ต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาใด ๆ หรือลดปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้

ซาพอนฟิเคชันที่ส่งเสริมด้วยอัลตราโซนิก

กรณีศึกษาของ Saponification อัลตราโซนิก

การศึกษาวิจัยหลายชิ้นแสดงให้เห็นว่าการ sonication ส่งเสริมการเป็นสบู่ของไตรกลีเซอไรด์เป็นสบู่ ซาพอนไนเคชันอัลตราโซนิกเร่งและเพิ่มการแปลงในขณะที่ประหยัดหรือหลีกเลี่ยงการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา สิ่งนี้ทําให้ซาพอนไนซ์อัลตราโซนิกเป็นวิธีการผลิตที่มีประสิทธิภาพสูง

การเริ่มต้นอัลตราโซนิกของการไฮโดรไลซิสอัลคาไลน์ของไตรกลีเซอไรด์ (Saponification) โดยไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยาเฟส

Mercantili et al. (2013) ศึกษาผลกระทบของอัลตราโซนิกต่อการไฮโดรไลซิสอัลคาไลน์ของไตรกลีเซอไรด์ที่เรียกว่า saponification พวกเขาใช้การ sonication เพื่อเริ่มการไฮโดรไลซิสอัลคาไลน์ของน้ํามันดอกทานตะวัน โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) ถูกใช้เป็นฐานอัลคาไล แสดงให้เห็นว่าอัลตราซาวนด์มีประสิทธิภาพในการเป็นแหล่งพลังงานในการเริ่มต้นและขับเคลื่อนปฏิกิริยา ซึ่งผลผลิตปฏิกิริยาสูงสามารถทําได้ในเวลาเพียง 15 นาทีของการใช้พลังงานทั้งหมดในขณะที่ทํางานที่อุณหภูมิแวดล้อม และไม่มีผลพลอยได้ที่ตรวจพบเกิดขึ้นในระหว่างปฏิกิริยา การเปรียบเทียบอ่างอัลตราโซนิกและอัลตราโซโนคาเตอร์แบบโพรบแสดงให้เห็นว่าโพรบอัลตราโซนิกเป็นเทคนิคที่เหนือกว่า การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการผาสุกด้วยอัลตราโซนิกให้ผลตอบแทนในการแปลงที่ดีโดยไม่จําเป็นต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาด่างหรือการถ่ายโอนเฟสมากเกินไป

การไฮโดรไลซิสอัลคาไลน์ของไตรอะซิลกลีเซอรอล

ปฏิกิริยาการถ่ายโอนเฟสที่ส่งเสริมด้วยอัลตราโซนิกสําหรับการสะโปไนซ์

Bhatkhande et al. (1998) แสดงให้เห็นว่าการ sonication ของน้ํามันพืชเช่นน้ํามันถั่วเหลืองสามารถเป็นสบู่ได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้ KOH ในน้ําและ PTCs ที่แตกต่างกันที่อุณหภูมิห้อง ขอบเขตของซาพอนฟิเคชันได้รับการศึกษาโดยใช้ค่าซาพอนฟิเคชันเป็นข้อมูลอ้างอิง การเพิ่มประสิทธิภาพของพารามิเตอร์ต่างๆเช่นเวลาการเลือกตัวเร่งปฏิกิริยาการถ่ายโอนเฟสปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ปริมาณ KOH และปริมาณน้ําดําเนินการโดยใช้ sonication และการกวน ในการศึกษาผลของอัลตราซาวนด์ การฆ่าเชื้อยังดําเนินการที่อุณหภูมิ 35ºC ภายใต้สภาวะที่แตกต่างกัน ได้แก่ การกวน การ sonication การกวนและการ sonication และการให้ความร้อนที่ 100ºC พบว่าการสะพอนเฟสของเหลวและของเหลวที่แตกต่างกันของน้ํามันพืชที่แตกต่างกันโดยใช้ KOH / CTAB ในน้ําถูกเร่งอย่างมีนัยสําคัญที่ 35ºC ภายใต้การ sonication และการกวน

เครื่องอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูง

Hielscher Ultrasonics จัดหาอุปกรณ์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงสําหรับห้องปฏิบัติการนําร่องและการผลิตทางอุตสาหกรรม เครื่องอัลตราโซนิกที่แข็งแกร่งและเชื่อถือได้ใช้สําหรับปฏิกิริยาโซโนเคมีต่างๆเช่นซาพอนไนซ์ เครื่องอัลตราโซนิกชนิดโพรบของ Hielscher สามารถใช้ในโหมดแบทช์และอินไลน์ พารามิเตอร์กระบวนการที่สําคัญทั้งหมด – แอมพลิจูด, ความดัน, อุณหภูมิ – สามารถควบคุมได้อย่างแม่นยําและรับประกันผลลัพธ์ที่ทําซ้ําได้
การควบคุมแบบดิจิตอลจะบันทึกพารามิเตอร์กระบวนการโดยอัตโนมัติและจัดเก็บไว้ในการ์ด SD ในตัว การตั้งค่าล่วงหน้าและการควบคุมเบราว์เซอร์ระยะไกลทําให้กระบวนการ sonication ง่ายมากและเป็นมิตรกับผู้ใช้
สําหรับปฏิกิริยาโซโนเคมีจํานวนมากต้องรักษาอุณหภูมิที่แน่นอนดังนั้นการควบคุมอุณหภูมิจึงเป็นสิ่งสําคัญ เครื่องอัลตราโซนิกดิจิตอลของ Hielscher มาพร้อมกับเทอร์โมคู่และการควบคุมอุณหภูมิ โฟลว์เซลล์แบบแจ็คเก็ตช่วยให้ระบายความร้อนได้
ความทนทานของอุปกรณ์อัลตราโซนิกของ Hielscher ช่วยให้สามารถทํางานได้ตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันในงานหนักและในสภาพแวดล้อมที่ต้องการ
ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา:

• Bhatkhande, BS; Samant, Shriniwas D. (1998): อัลตราซาวนด์ช่วย PTC เร่งปฏิกิริยาสบู่ของน้ํามันพืชโดยใช้ด่างในน้ํา Ultrasonics Sonochemistry ฉบับที่ 5 ฉบับที่ 1 ปี 1998 7-12.
• เมอร์คันติลี, ลอร่า; เซมัส, แฟรงค์ เดวิส; Higson, PJ (2014): การเริ่มต้นอัลตราโซนิกของการไฮโดรไลซิสอัลคาไลน์ของไตรกลีเซอไรด์ (Saponification) โดยไม่มีการเร่งปฏิกิริยาเฟส วารสารลดแรงตึงผิวและผงซักฟอก Vol. 17, Isssue 1, ม.ค. 2014. 133-141.

ข้อเท็จจริงที่ควรค่าแก่การรู้

โซโนเคมี

อัลตราซาวนด์กําลังถูกนําไปใช้กับกระบวนการทางเคมีเช่นการสังเคราะห์และการเร่งปฏิกิริยา (เรียกอีกอย่างว่าการสังเคราะห์โซโนและโซโนโคตาลิซิสตามลําดับ) เพื่อเริ่มต้นและเพิ่มปฏิกิริยา การประยุกต์ใช้การฉายรังสีอัลตราโซนิกในการสังเคราะห์อินทรีย์ได้รับการตรวจสอบและพัฒนาในเชิงลึกสําหรับการผลิตทางอุตสาหกรรม การบําบัดด้วยโซโนเคมีสามารถเพิ่มอัตราปฏิกิริยาผลผลิตและการคัดเลือกของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการภายใต้สภาวะที่อ่อนกว่าอย่างมีนัยสําคัญ ทําให้การรักษาด้วยอัลตราโซนิกเป็นเทคนิคการประมวลผลที่มีประสิทธิภาพและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ตัวเร่งปฏิกิริยาการถ่ายโอนเฟสด้วยอัลตราโซนิกช่วย (PTC) ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพและประสิทธิผลมากขึ้นอย่างมากสําหรับปฏิกิริยาอินทรีย์เมื่อเทียบกับปฏิกิริยาเดียวกันที่สภาวะเงียบ ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยา Cannizarro ที่เร่งปฏิกิริยาโดยการเร่งปฏิกิริยาการถ่ายโอนเฟสด้วยอัลตราโซนิกช่วยเร่งขึ้นอย่างมีนัยสําคัญส่งผลให้เกิดการแปลงอย่างรวดเร็ว อีกตัวอย่างที่โดดเด่นคือการทรานส์เอสเทอริฟิเคชันของไตรกลีเซอไรด์ (เช่น น้ํามันพืช ไขมันสัตว์) และเมทานอลเมื่อมี KOH เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาและอัลตราซาวนด์กําลัง การทรานส์เอสเทอริเคชันอัลตราโซนิกให้ผลผลิตในไบโอดีเซลคุณภาพสูงที่ผลิตในการแปลงอย่างรวดเร็วและเป็นกระบวนการที่มีประสิทธิภาพและประหยัดมาก

การสกัดด้วยอัลตราโซนิกขึ้นอยู่กับโพรงอากาศทางเสียงและแรงเฉือนอุทกพลศาสตร์

การสะโปไนซ์

การทําให้เป็นซาโปนิกส์อธิบายปฏิกิริยาเคมีที่ผลิตสบู่ ในกระบวนการ saponification น้ํามันพืชหรือไขมันสัตว์จะถูกเปลี่ยนเป็นเกลือกรดไขมัน – "สบู่" – และกลีเซอรอลซึ่งเป็นแอลกอฮอล์ ปฏิกิริยาต้องใช้สารละลายของฐานด่าง (เช่น NaOH หรือ KOH) ในน้ําและความร้อนเพื่อเริ่มปฏิกิริยา
ขั้นตอนปฏิกิริยาของสบู่มีดังต่อไปนี้:

1. การโจมตีนิวคลีโอฟิลิกของเอสเทอร์กรดไขมันโดยไฮดรอกไซด์
2. การออกจากการนํากลุ่มออก
3. ดีโปรตอนเนชัน

ปฏิกิริยาสบู่ใช้ในเชิงพาณิชย์เพื่อผลิตสบู่และสารหล่อลื่น
ในขณะที่สบู่แข็งโซเดียมไฮดรอกไซด์และสบู่อ่อนโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ใช้สําหรับทําความสะอาดทุกวัน แต่ก็มีสบู่พิเศษที่ผลิตโดยใช้โลหะไฮดรอกไซด์อื่นๆ ตัวอย่างเช่น สบู่ลิเธียมและสบู่แคลเซียมใช้เป็นจาระบีหล่อลื่น นอกจากนี้ยังมี “สบู่ที่ซับซ้อน” ประกอบด้วยส่วนผสมของสบู่โลหะ

ไฮโดรไลซิส

ไฮโดรไลซิสเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาของสารเคมีอินทรีย์กับน้ําเพื่อสร้างสารใหม่ตั้งแต่สองชนิดขึ้นไป และมักจะหมายถึงการแตกแยกของพันธะเคมีโดยการเติมน้ํา เอสเทอร์สามารถแยกกลับเป็นกรดคาร์บอกซิลิกและแอลกอฮอล์โดยทําปฏิกิริยากับน้ําและเบส สบู่ผลิตโดยการไฮโดรไลซิสของเอสเทอร์ของไขมันหรือน้ํามัน

ฐานอัลคาไลน์

สารตั้งต้นอัลคาไลน์เบส (สารละลาย) เป็นสิ่งจําเป็นสําหรับการเป็นสบู่ของน้ํามันและไขมัน ไตรกลีเซอไรด์ทําปฏิกิริยากับเบส – โซเดียมหรือโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ – ในการผลิตกลีเซอรอลและเกลือกรดไขมันที่เรียกว่า "สบู่" โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์เป็นสารประกอบอนินทรีย์ที่มีสูตร KOH และเรียกกันทั่วไปว่าโปแตชกัดกร่อน โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) เป็นเบสที่แข็งแกร่งอีกต้นแบบหนึ่ง เมื่อใช้โซเดียมไฮดรอกไซด์ สบู่แข็งจะถูกสร้างขึ้นในขณะที่การใช้โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ส่งผลให้สบู่อ่อน

สารตั้งต้น vs รีเอเจนต์

สารตั้งต้นเป็นสารที่ใช้หรือบริโภคในปฏิกิริยาเคมี เมื่อเปรียบเทียบกับรีเอเจนต์ จําเป็นต้องมีสารตั้งต้นในปริมาณที่มากขึ้น รีเอเจนต์เป็นสารที่ใช้ในการเริ่มต้นปฏิกิริยาเพื่อสนับสนุนปฏิกิริยาและถูกบริโภคในปฏิกิริยาตรงกันข้ามกับตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่ได้ใช้ในปฏิกิริยา

การสะโปไนซ์ – คําถามที่พบบ่อย

• กระบวนการผลิตสบู่คืออะไร? Saponification เป็นกระบวนการทางเคมีที่ไขมันหรือน้ํามันทําปฏิกิริยากับด่าง (โดยปกติคือโซเดียมไฮดรอกไซด์) เพื่อผลิตสบู่และกลีเซอรอล ปฏิกิริยานี้เกี่ยวข้องกับการไฮโดรไลซิสของไตรกลีเซอไรด์เป็นเกลือกรดไขมันและกลีเซอรอล
• ปฏิกิริยาประเภทใดเป็นสบู่? Saponification เป็นปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสชนิดหนึ่งที่พันธะเอสเทอร์ในไขมันหรือน้ํามันถูกทําลายโดยด่าง
• ทําไมถึงเรียกว่าสบู่? ตั้งชื่อตามผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย สบู่ และความสามารถในการสร้างสบู่ผ่านการไฮโดรไลซิสของพันธะเอสเทอร์ในไตรกลีเซอไรด์
• จุดประสงค์ของสบู่คืออะไร? จุดประสงค์หลักคือการผลิตสบู่ซึ่งเป็นสารลดแรงตึงผิวที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการทําความสะอาดและซัก
• เป็นไฮโดรไลซิสของซาพอนิเคชันหรือไม่? ใช่ ซาพอนฟิเคชันเป็นไฮโดรไลซิสประเภทหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการสลายตัวของไขมันหรือน้ํามันโดยด่างเป็นกลีเซอรอลและเกลือกรดไขมัน (สบู่)
• กลไกของสบู่คืออะไร? มันเกี่ยวข้องกับการโจมตีนิวคลีโอฟิลิกของไอออนไฮดรอกไซด์บนคาร์บอนิลคาร์บอนของพันธะเอสเทอร์ในไตรกลีเซอไรด์ซึ่งนําไปสู่การก่อตัวของแอลกอฮอล์ (กลีเซอรอล) และสบู่
• เหตุใดการผสมจึงมีความสําคัญต่อการเป็นสบู่ การผสมที่มีประสิทธิภาพช่วยให้มั่นใจได้ถึงการสัมผัสที่ทั่วถึงระหว่างสารตั้งต้น ส่งเสริมปฏิกิริยาที่สมบูรณ์และสม่ําเสมอมากขึ้น ซึ่งเป็นสิ่งสําคัญสําหรับการได้ผลผลิตที่เหมาะสมที่สุด เครื่องผสมอัลตราโซนิก Hielscher สามารถปรับปรุงกระบวนการนี้ผ่านการเกิดโพรงอากาศและแรงเฉือนที่รุนแรง
• ตัวอย่างการสะพอนฟิเคชันคืออะไร? การผสมโซเดียมไฮดรอกไซด์กับน้ํามันมะพร้าวต่อหน้าเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิก Hielscher เพื่อผลิตสบู่และกลีเซอรอลเป็นตัวอย่างของซาพอนฟิเคชัน
• ผลิตภัณฑ์หลักของ saponification คืออะไร? ผลิตภัณฑ์หลักคือสบู่ (เกลือโซเดียมหรือโพแทสเซียมของกรดไขมัน) และกลีเซอรอล
• เหตุใดคุณค่าของสบู่จึงมีความสําคัญ ค่าซาพอนไนเคชันระบุปริมาณด่างที่จําเป็นในการทําให้ไขมันหรือน้ํามันในปริมาณที่กําหนด ซึ่งช่วยกําหนดน้ําหนักโมเลกุลของกรดไขมันที่มีอยู่
• การทําให้เป็นซาพอนฟิเคชันสามารถย้อนกลับได้หรือไม่? ภายใต้สภาวะทั่วไปสบู่ไม่สามารถย้อนกลับได้เนื่องจากลักษณะที่มั่นคงของสบู่ที่เกิดขึ้น
• อะไรคือสิ่งที่ตรงกันข้ามกับซาพอนไนเซชัน? เอสเทอริฟิเคชันซึ่งน้ําและแอลกอฮอล์ทําปฏิกิริยากับกรดคาร์บอกซิลิกเพื่อสร้างเอสเทอร์และน้ําเป็นกระบวนการย้อนกลับ
• การทําให้เป็นซาพอนต้องการความร้อนหรือไม่? แม้ว่าจะไม่จําเป็น แต่ความร้อนสามารถเร่งกระบวนการสบู่ได้โดยการเพิ่มการเคลื่อนที่ของโมเลกุลและความเร็วในการตอบสนอง
• การคายความร้อนของสบู่เป็นคายความร้อนหรือดูดความร้อน? Saponification เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน ปล่อยความร้อนขณะดําเนินไป
• สบู่เป็นพื้นฐานหรือเป็นกรด? เป็นปฏิกิริยาพื้นฐาน เนื่องจากเกี่ยวข้องกับการกระทําของเบส (ด่าง) บนเอสเทอร์ (ไขมัน/น้ํามัน)
• คุณจะหยุดการเป็นสบู่ได้อย่างไร? การเพิ่มกรดเพื่อทําให้ด่างเป็นกลางจะหยุดปฏิกิริยา และหยุดกระบวนการสภาโซนิเคชันได้อย่างมีประสิทธิภาพ
• จะเกิดอะไรขึ้นหลังจากการทําให้เป็นสบู่? หลังจากทําปฏิกิริยาเสร็จแล้วส่วนผสมมักจะประกอบด้วยสบู่และกลีเซอรอลซึ่งอาจทําให้บริสุทธิ์หรือแปรรูปเพิ่มเติมขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์การใช้งาน
• การทําให้เป็นสบู่เป็นธรรมชาติหรือไม่? ใช่ สบู่ตามธรรมชาติสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อไขมันสัมผัสกับโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธในสภาพแวดล้อมทางธรณีวิทยาบางอย่าง หรือเมื่อคนโบราณผสมไขมันสัตว์กับขี้เถ้าในวิธีการทําสบู่แบบดั้งเดิม
• เหตุใดจึงใช้น้ํามันมะกอกในการเป็นสบู่? น้ํามันมะกอกเป็นที่ชื่นชอบในการเป็นซาพอนฟิเคชันเนื่องจากมีกรดโอเลอิกที่อุดมไปด้วยซึ่งให้สบู่ที่อ่อนโยนและให้ความชุ่มชื้นพร้อมคุณสมบัติในการทําความสะอาดที่ดีและมีฟองที่เสถียร
• วิธีเปลี่ยนไขมันให้เป็นสบู่? ไขมันจะถูกเปลี่ยนเป็นสบู่ผ่านการทําให้เป็นสบู่โดยการให้ความร้อนด้วยสารละลายด่างเข้มข้น ซึ่งโดยทั่วไปคือโซเดียมไฮดรอกไซด์ ซึ่งจะสลายไขมันเป็นเกลือกรดไขมัน (สบู่) และกลีเซอรอล
• น้ํามันชนิดใดมีค่าสบู่สูง? น้ํามันมะพร้าวมีค่าสบู่สูง ซึ่งบ่งชี้ถึงสัดส่วนที่สูงกว่าของโมเลกุลของกรดไขมันขนาดเล็ก ทําให้ทําปฏิกิริยากับด่างมากในการผลิตสบู่
• จะเกิดอะไรขึ้นกับน้ํามันในระหว่างการทําให้เป็นสบู่? ในระหว่างการทําให้เป็นสบู่น้ํามันจะถูกไฮโดรไลซ์โดยด่างเป็นกลีเซอรอลและเกลือกรดไขมันซึ่งต่อมาจะก่อตัวเป็นสบู่
• ไขมันที่ดีที่สุดสําหรับสบู่คืออะไร? ไขมัน (ไขมันวัว) และน้ํามันมะพร้าวถือเป็นไขมันที่ดีที่สุดสําหรับการทําสบู่เนื่องจากมีคุณสมบัติในการเกิดฟองและการชุบแข็งในผลิตภัณฑ์สบู่ขั้นสุดท้าย
• วิธีการทําให้น้ํามันปราศจากน้ําด่าง? น้ํามันซาพอนิฟิกที่ไม่มีน้ําด่างเป็นไปไม่ได้สําหรับการทําสบู่แบบดั้งเดิม อย่างไรก็ตาม น้ํายาทําความสะอาดคล้ายสบู่สามารถทําได้โดยใช้สารลดแรงตึงผิวและอิมัลซิไฟเออร์แทนการเป็นซาพอนไนซ์จากน้ําด่าง