การสกัดตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยอัลตราโซนิก

เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิก Hielscher ถูกนํามาใช้ในหลายอุตสาหกรรมเพื่อช่วยและปรับปรุงกระบวนการสกัดด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา (CEP) หรือที่เรียกว่าการสกัดการถ่ายโอนเฟส (PTE) การสกัดด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาเกี่ยวข้องกับระบบเฟสที่ผสมกันไม่ได้ต่างกัน เช่น ของเหลว-ของเหลวหรือของเหลว-ของแข็ง แรงเฉือนและโพรงอากาศสูงอัลตราโซนิกช่วยเพิ่มอัตราการละลายของตัวถูกละลายอย่างมีนัยสําคัญซึ่งนําไปสู่การสกัดที่รวดเร็วและสมบูรณ์ยิ่งขึ้น นอกจากนี้ เอฟเฟกต์นี้ยังสามารถใช้เพื่อลดปริมาณตัวทําละลายหรือกรดที่ใช้ การสกัดด้วยอัลตราโซนิกช่วยถูกนํามาใช้มากขึ้นเนื่องจากความต้องการที่เพิ่มขึ้นสําหรับเทคนิคการสกัดที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมโดยมีเวลาในการสกัดที่สั้นลงและลดการใช้ตัวทําละลายอินทรีย์

การสกัดด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา / การสกัดการถ่ายโอนเฟส – พื้นฐาน

คําศัพท์ “การประมวลผลการสกัดด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา (CEP) หรือการสกัดการถ่ายโอนเฟส (PTE) อธิบายการกระจายของเหลว-ของเหลวหรือของแข็ง-ของเหลวเมื่อเน้นการสกัดและการกําจัดสารวิเคราะห์ ดังนั้นสารเจือจางที่เป็นของเหลวหรือของแข็งจะต้องกระจายตัว/อิมัลชันลงในตัวทําละลาย (เฟสของเหลว) ตามเงื่อนไข “สารสกัด” มีการอธิบายเฉพาะสารออกฤทธิ์ในตัวทําละลายเท่านั้น (เช่น 'เฟสอินทรีย์ที่เป็นเนื้อเดียวกัน’ ซึ่งประกอบด้วยสารสกัดสารเจือจางและ / หรือตัวดัดแปลง) ซึ่งมีหน้าที่หลักในการถ่ายโอนตัวถูกละลายจาก 'น้ํา’ เพื่อ 'ออร์แกนิก’ ระยะ [IUPAC]. วัตถุเป้าหมายซึ่งสกัดออกมาเรียกว่าสารสกัด
วิธีการสกัดแบบดั้งเดิม เช่น การสกัดด้วยซอกซ์เล็ต การหมัก ไมโครเวฟ การซึมผ่าน การสกัดภายใต้การไหลย้อนและการกลั่นด้วยไอน้ํา หรือการสกัดด้วยเทอร์โบมักจะช้าและไม่มีประสิทธิภาพ และ/หรือต้องใช้ตัวทําละลายที่เป็นอันตรายในปริมาณมาก
อัลตราซาวนด์เป็นทางเลือกที่ได้รับการพิสูจน์แล้วสําหรับวิธีการสกัดแบบเดิมที่ให้การสกัดที่รวดเร็วและสมบูรณ์ยิ่งขึ้นด้วยตัวทําละลายที่เป็นอันตรายน้อยลงหรือไม่มีเลย! อัลตราซาวนด์เป็นเทคนิคที่มีประสิทธิภาพสําหรับการประมวลผลที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

หลักการของการสกัดด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยอัลตราโซนิก

สําหรับการสกัดสารจะต้องผสมเฟสที่ผสมกันไม่ได้เพื่อให้สารที่จะสกัดสามารถละลายจากเฟสพาหะเข้าสู่เฟสตัวทําละลายได้ โดยทั่วไปแล้วการสกัดการถ่ายโอนเฟสจะดําเนินการจากเฟสกระจายไปสู่เฟสต่อเนื่องซึ่งหมายความว่าหยดและอนุภาคจะต้องกระจายตัวเป็นเนื้อเดียวกันลงในตัวทําละลาย
อัลตราซาวนด์ไฟฟ้าเป็นเทคโนโลยีการผสมและการสกัดที่รู้จักกันดีซึ่งมีผลดีหลายประการต่อกระบวนการสกัด:

ประโยชน์ของการสกัดอัลตราโซนิก:

• แบ่งเลเยอร์ขอบเขต
• เอาชนะกองกําลังแวน-เดอร์-วาลส์
• ย้ายของเหลวไม่อิ่มตัวไปยังพื้นผิวสัมผัส
• ลดหรือลดความต้องการตัวแทนถ่ายโอน
• ลดเวลา อุณหภูมิ และ/หรือความเข้มข้น
• ส่วนเกินน้อยกว่าเมื่อเทียบกับปริมาตรที่จําเป็นสําหรับความอิ่มตัวเต็มที่
• ปริมาตรที่จะถูกกลั่นน้อยลง (เช่น โดยการกลั่น การระเหย การอบแห้ง)
• ไม่มีเครื่องปฏิกรณ์กวนต่อเนื่อง (CSR)
• ประหยัดพลังงาน
• ไม่มีการแบทช์ แต่การประมวลผลแบบอินไลน์
• ใช้ตัวทําละลายที่เป็นกรดน้อยกว่าหรือถูกกว่า
• หลีกเลี่ยงตัวทําละลาย ให้ใช้น้ําแทน
• แปรรูปความเข้มข้นของแข็งสูงหรือสารละลายที่มีความหนืดสูง
• การประมวลผลสีเขียว: เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
• ใช้กรดอินทรีย์ เช่น กรดมาลิกหรือกรดซิตริก
• หลีกเลี่ยงกระบวนการสกัดหลายขั้นตอน

การสกัดของเหลว - ของเหลว

กระบวนการทั่วไป: การสกัดของเหลวและของเหลวเป็นวิธีการแบ่งพาร์ติชันเพื่อสกัดสารจากเฟสของเหลวหนึ่งไปยังอีกเฟสของเหลวหนึ่งโดยพิจารณาจากความสามารถในการละลายสัมพัทธ์ของสารในเฟสของเหลวที่เข้ากันไม่ได้สองเฟสที่แตกต่างกัน การใช้อัลตราโซนิกช่วยเพิ่มอัตราการถ่ายโอนตัวถูกละลายระหว่างสองเฟสด้วยประสิทธิภาพสูง ผสม, สกัดและ ยุบ!
การสกัดของเหลวและของเหลวเป็นเทคนิคการแยกเพื่อแยกและเข้มข้นส่วนประกอบที่มีคุณค่าจากสารละลายที่เป็นน้ําโดยใช้ตัวทําละลายอินทรีย์ การสกัดของเหลวและของเหลวมักถูกนําไปใช้เมื่อเทคนิคการแยกอื่นๆ (เช่น การกลั่น) ไม่ได้ผล การสกัดของเหลวเหลวใช้ในเภสัชกรรม & เครื่องสําอาง (สารออกฤทธิ์ API น้ําหอม) ตลอดจนอุตสาหกรรมอาหารและการเกษตรสําหรับเคมีอินทรีย์และอนินทรีย์อุตสาหกรรมปิโตรเคมีและไฮโดรโลหะ

ปัญหา: ปัญหาทั่วไปคือความไม่ผสมกันของเฟสของเหลว (ตัวทําละลายและสารเจือจางไม่สามารถผสมกันได้) ดังนั้นจึงจําเป็นต้องมีวิธีการผสมที่เหมาะสม เนื่องจากการผสมของเหลวทั้งสองเฟสอย่างสม่ําเสมอจะส่งเสริมการถ่ายโอนเฟสระหว่างสารเจือจางและตัวทําละลายวิธีการกระจายตัวหรืออิมัลชันที่เชื่อถือได้จึงเป็นสิ่งสําคัญ ยิ่งส่วนผสมละเอียดและพื้นที่สัมผัสระหว่างทั้งสองเฟสสูงเท่าใดสารละลายก็จะสามารถเดินทางจากเฟสของเหลวหนึ่งไปยังอีกเฟสของเหลวได้ดีขึ้นเท่านั้น กระบวนการสกัดแบบเดิมส่วนใหญ่ขาดการส่งเสริมการถ่ายโอนมวล ดังนั้นกระบวนการสกัดจึงช้าและมักไม่สมบูรณ์ เพื่อปรับปรุงการสกัดมักใช้ตัวทําละลายในปริมาณที่มากเกินไปซึ่งทําให้กระบวนการมีราคาแพงและก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม
 

 
สารละลาย: การสกัดของเหลวและของเหลวอัลตราโซนิกเป็นเลิศเทคนิคการสกัดของเหลวและของเหลวแบบดั้งเดิมในจุดต่างๆ:
อัลตราซาวนด์กําลังผสมเฟสของเหลวตั้งแต่สองเฟสขึ้นไปได้อย่างน่าเชื่อถือและง่ายดายร่วมกัน โดยการอัลตราโซนิกหยดสามารถลดลงเหลือขนาดนาโนเพื่อให้ละเอียด ไมโครอิมัลชันและนาโนอิมัลชัน ได้รับ ด้วยเหตุนี้แรงโพรงอากาศที่สร้างขึ้นจึงส่งเสริมการถ่ายโอนมวลระหว่างเฟสของเหลว เนื่องจาก sonication สามารถทํางานในระบบอินไลน์ต่อเนื่อง ปริมาณมาก และ ของเหลวที่มีความหนืดสูง สามารถจัดการได้โดยไม่มีปัญหา
แต่ยังมีการสกัดไมโครเช่นเพื่อวัตถุประสงค์ในการวิเคราะห์สามารถปรับปรุงได้โดยการ sonication เช่นกัน (เช่นการสกัดขนาดเล็กที่ใช้ของเหลวไอออนิกด้วยอิมัลชันอัลตราโซนิก)

ประโยชน์ของการสกัดอัลตราโซนิก:
แรงอัลตราโซนิกที่ทรงพลัง – สร้างโดยอัลตราซาวนด์ความถี่ต่ํา / พลังงานสูง – ช่วยในการ

• ปรับรูปร่างหยดน้ํา
• หลีกเลี่ยงสารถ่ายโอนอิมัลชันหรือตัวเร่งปฏิกิริยา amphiphillic
• หลีกเลี่ยงการใช้ผงซักฟอกหรือสารลดแรงตึงผิว
• หลีกเลี่ยง amphiphillic catalsts, ผงซักฟอกหรือสารลดแรงตึงผิว
• สร้างอิมัลชันที่ไม่เสถียรที่ปั่นป่วนโดยไม่มีชั้นสารลดแรงตึงผิว

การสกัดของแข็ง - ของเหลวได้รับการปรับปรุงโดยอัลตราโซนิก

เป้าหมายของการสกัดจากแข็งและของเหลวหรือการสกัดเฟสของแข็ง (SPE) คือการแยกสารวิเคราะห์ซึ่งละลายหรือแขวนลอยในส่วนผสมของของเหลว และเพื่อแยกออกจากเมทริกซ์ตามคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี ดังนั้นไอโซเลตจึงถูกชะออกจากซอร์เบนด้วยความช่วยเหลือของตัวทําละลายที่เหมาะสม สารที่สกัดเรียกว่าการชะล้าง
เทคนิค SPE แบบเดิมคือการหมักการสกัด soxhlet การซึมผ่านการผสมผสานระหว่างกรดไหลย้อนและการกลั่นด้วยไอน้ําหรือการผสมความเร็วสูง / การสกัดด้วยเทอร์โบ การสกัดจากแข็งและของเหลวเป็นขั้นตอนทั่วไปในการแยกสารประกอบในชีววิทยา เคมี ตลอดจนในอุตสาหกรรมอาหาร ยา และเครื่องสําอาง การสกัดโลหะเรียกอีกอย่างว่าการชะล้าง
ปัญหา: เทคนิค SPE แบบเดิมเรียกว่าใช้เวลานานและต้องใช้ตัวทําละลายในปริมาณที่ค่อนข้างมาก ซึ่งส่วนใหญ่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมและก่อให้เกิดมลพิษ อุณหภูมิของกระบวนการที่สูงอาจนําไปสู่การทําลายสารสกัดที่ไวต่อความร้อน
สารละลาย: ด้วยการสกัดของแข็งและของเหลวด้วยอัลตราโซนิกปัญหาทั่วไปของ SPE แบบดั้งเดิมสามารถเอาชนะได้ตามปกติ เนื่องจากการ sonication ให้การกระจายของแข็งในเฟสตัวทําละลายอย่างละเอียดจึงมีขอบเขตที่ใหญ่ขึ้นเพื่อให้การถ่ายโอนมวลของสารเป้าหมายเข้าสู่ตัวทําละลายดีขึ้น ส่งผลให้การสกัดเร็วขึ้นและสมบูรณ์ยิ่งขึ้นในขณะที่การใช้ตัวทําละลายลดลงหรือหลีกเลี่ยงโดยสิ้นเชิง (ใช้น้ําเป็นเฟสของเหลวแทน) ด้วยการใช้อัลตราซาวนด์กําลังการสกัดเฟสแข็งสามารถทําได้มีประสิทธิภาพประหยัดและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น เนื่องจากการลดหรือหลีกเลี่ยงมลพิษหรือตัวทําละลายที่เป็นอันตรายการสกัดด้วยอัลตราโซนิกจึงถือได้ว่าเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม กระบวนการสีเขียว. ในทางเศรษฐกิจต้นทุนกระบวนการจะลดลงเนื่องจากการประหยัดพลังงานตัวทําละลายและเวลา

การสกัดตัวทําละลายอัลตราโซนิก

ในกรณีของการสกัดด้วยตัวทําละลาย ตัวทําละลาย (เช่น ตัวทําละลายอินทรีย์) จะใช้ในการละลายและแยกสารประกอบออกจากของเหลวอื่น (เช่น เฟสในน้ํา) โดยทั่วไป ตัวถูกละลายที่มีขั้วมากจะละลายในตัวทําละลายที่มีขั้วมากกว่า และตัวถูกละลายที่มีขั้วน้อยกว่าในตัวทําละลายที่มีขั้วน้อยกว่า การใช้การสกัดด้วยตัวทําละลาย เป็นไปได้ที่จะแยกไทโอฟีนออกซิไดซ์ (ซัลฟ็อกไซด์ ซัลโฟน) ออกจากเฟสน้ํามันโดยใช้อะซิโตไนไตรล์หรือตัวทําละลายที่มีขั้วอื่นๆ การสกัดด้วยตัวทําละลายยังใช้ในการสกัดวัสดุ เช่น ยูเรเนียม พลูโตเนียม หรือทอเรียมจากสารละลายกรดลงในออร์กาโนฟอสเฟตไตรN-บิวทิลฟอสเฟต (กระบวนการ PULEX)
ลดการใช้ตัวทําละลายของคุณ: การใช้อัลตราโซนิกช่วยลดการใช้ตัวทําละลายในกระบวนการและเพิ่มประสิทธิภาพภาระผลิตภัณฑ์ในตัวทําละลาย นอกจากนี้ยังนําไปสู่การสกัดที่รวดเร็วและสมบูรณ์ยิ่งขึ้น
คลิกที่นี่เพื่ออ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับ Ultrasonically-Assisted Oxidative Desulphurization!

การสกัด Soxhlet ด้วยอัลตราโซนิก

การสกัด Soxhlet เป็นเทคนิคการสกัดของแข็งและของเหลวที่ใช้บ่อยในห้องปฏิบัติการสังเคราะห์และการวิเคราะห์ การสกัด Soxhlet ส่วนใหญ่จะใช้เมื่อสารมีความสามารถในการละลายที่จํากัดในตัวทําละลาย และสิ่งเจือปนไม่ละลายในตัวทําละลายนั้น
อัลตราซาวนด์สามารถรวมกับการสกัด Soxhlet ได้สําเร็จ ส่งผลให้ผลผลิตเพิ่มขึ้นและเวลาในการสกัดสั้นลง
กรุณาคลิกที่นี่เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการสกัด Soxhlet ด้วยอัลตราโซนิก!

การสกัดในการหลอมโดยใช้ Sonication

การสกัดของเหลว-ของเหลวสามารถทําได้ในสารผสมที่เฟสของเหลวหนึ่งหรือทั้งสองเฟสหลอมละลาย เช่น เกลือหลอมเหลวหรือโลหะหลอมเหลว เช่น ปรอท การ sonication แบบอินไลน์ที่มีประสิทธิภาพในเครื่องปฏิกรณ์เซลล์การไหลอัลตราโซนิกช่วยให้สามารถประมวลผลได้แม้กระทั่งของเหลวที่มีความหนืดสูงเช่นการหลอมเหลว

การชะล้างด้วยอัลตราโซนิก

การชะล้างอธิบายถึงการใช้กรดตัวทําละลายหรือน้ําร้อนเพื่อเลือกละลายตัวถูกละลายจากตัวพาของแข็งที่ไม่ละลายน้ําเฉื่อย การชะล้างมักใช้ในการขุดเพื่อสกัดโลหะจากแร่
ประโยชน์ของการชะล้างอัลตราโซนิก:

• ล้างปากเล็ก ๆ ของวัสดุที่มีรูพรุน
• เอาชนะการคัดเลือกของเมมเบรน
• ทําลายของแข็ง แยกส่วน และแยกก้อนของแข็ง
• ลบเลเยอร์แบบพาสซีฟ
• การกําจัดชั้นออกไซด์
• ทําให้พื้นผิววัสดุเปียกโดยเฉพาะอย่างยิ่งสําหรับของเหลวที่มีแรงตึงผิวสูง
• เฉือนผอมบาง

คลิกที่นี่เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการชะล้างอัลตราโซนิก!

Hielscher Sonicators สําหรับปริมาณการผลิตใด ๆ

Sonication ที่ห้องปฏิบัติการ bench-top และขนาดการผลิต: อุปกรณ์อัลตราโซนิก Hielscher ทั้งหมดถูกสร้างขึ้นเพื่อทํางานตลอด 24 ชั่วโมง / 7 วันแม้แต่ homogenizers ในห้องปฏิบัติการอัลตราโซนิกก็สามารถประมวลผลปริมาณได้มากทั้งในโหมดแบทช์หรือโหมดไหลผ่าน เครื่องอัลตราโซนิกแบบตั้งโต๊ะและอุตสาหกรรมได้รับการออกแบบและสร้างขึ้นในเกรดอุตสาหกรรมเพื่อให้สามารถประมวลผลปริมาณสูงและความหนืดสูงได้โดยไม่มีปัญหา – แม้ในสภาวะที่มีความต้องการสูง เช่น แรงดันสูงและอุณหภูมิสูง (เช่น เมื่อใช้ร่วมกับ CO2 วิกฤตยิ่งยวด สําหรับกระบวนการอัดขึ้นรูป เป็นต้น) เครื่องอัลตราโซนิกที่แข็งแกร่งของ Hielscher สามารถจัดการกับตัวทําละลายของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและสารกัดกร่อน อุปกรณ์เสริมที่เหมาะสมทําให้สามารถปรับระบบอัลตราโซนิกให้เหมาะสมกับความต้องการของกระบวนการสกัดได้ สําหรับการติดตั้งในสภาพแวดล้อมที่เป็นอันตราย ระดับ ATEX หรือ FM ระบบอัลตราโซนิกป้องกันการระเบิด มีอยู่
ด้วยเหตุนี้ Hielscher sonicators ที่แข็งแกร่งและทรงพลังและอุปกรณ์เสริมที่หลากหลายช่วยให้สามารถ sonicate วัสดุเช่นน้ําร้อน / ของเหลวกรดโลหะหลอมเกลือละลายตัวทําละลาย (เช่นเมทานอลเฮกเซนอินทรีย์ตัวทําละลายขั้วเช่นอะซิโตไนไตรล์)

ผังงาน: ขั้นตอนของการสกัดการถ่ายโอนเฟสอัลตราโซนิก