Ultrasonik Transesterifikasyon ile Poliol Sentezi
Polioller, esas olarak bitkisel yağlardan veya hayvansal yağlardan trigliseritlerin transesterifikasyonu yoluyla üretilen sentetik esterlerdir. Bu polioller, poliüretan maddelerin, biyoyağlayıcıların ve diğer cemikallerin üretimi için hammaddedir. Ultrasonikasyon, yoğun kesme kuvvetleri ve termal enerji uygulayarak transesterifikasyon reaksiyonlarını geliştirmek için kullanılır. Ultrason ve sonokimyasal etkileri, reaksiyon enerjisi sağlar ve kütle transferi sınırlamalarının üstesinden gelmeye yardımcı olur. Böylece, sonikasyon transesterifikasyon hızını, verimini ve genel verimliliği önemli ölçüde artırır.
Ultrason Yardımlı Transesterifikasyon
Transesterifikasyon reaksiyonları en önemli sentez yollarından biridir ve bitkisel yağları petrol ürünleri ikamelerine dönüştürmek için etkili bir teknik olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Sono-sentez (ayrıca yüksek performanslı ultrason ile teşvik edilen kimyasal sentez olan sonokimyasal sentez), transesterifikasyon ve diğer kimyasal işlemler üzerindeki yararlı etkileri ile iyi bilinmektedir.
- Hızlı dönüşüm
- Daha eksiksiz reaksiyon
- Daha az katalizör
- Daha az istenmeyen yan ürün
- Enerji tasarruflu
- Yeşil Kimya
Sonokimyasal olarak geliştirilmiş satır içi transesterifikasyon için 16.000 watt'lık (4x 4000 watt prob) ultrasonik reaktör.
Ultrason Kullanılarak Bitkisel Yağlardan Sürdürülebilir Poliol Sentezi
Bitki kaynaklı yağ asitleri, yani bitkisel yağlar, yaygın olarak bulunan ve yenilenebilir bir hammaddedir ve biyobazlı poliollerin ve poliüretanların hazırlanması için kullanılabilir. Güç ultrason uygulaması, transesterifikasyonun katalitik reaksiyonunu önemli ölçüde hızlandıran olumlu sonokimyasal etkiler yaratır. Ek olarak, sonikasyon, akustik kavitasyonun yoğun karıştırma enerjisi kütle transferi sınırlamasının üstesinden geldiğinden, sentezlenen poliollerin verimini arttırır. Ultrasonik transesterifikasyon reaksiyonlarının, geleneksel transesterifikasyon reaksiyonları gibi daha düşük alkol ve katalizör ile verimli bir şekilde çalıştığı iyi bilinmektedir. Bu, ultrasonikasyon ile gelişmiş bir genel verimliliğe yol açar.
Pentaeritritol Ester Bazlı Biyoyağlayıcının Ultrasonik Sentezi
Pentaeritritol ester, Arumugam araştırma ekibi tarafından gösterildiği gibi, iki aşamalı sonokimyasal işlem yoluyla kolza tohumu yağından verimli bir şekilde sentezlenebilir. Optimizasyon çalışmalarında, araştırmacılar Hielscher ultrasonicator UP400St'yi kullandılar (soldaki resme bakın). İlk sonokimyasal olarak teşvik edilen transesterifikasyonda, kolza tohumu yağı metanol ile metil estere reaksiyona sokulur. İkinci transesterifikasyon adımında, metil ester ksilen ve bir katalizör ile pentaeritritol estere reaksiyona girer. Araştırmacı, ultrason altında pentaeritritol ester sentezinin verimini ve genel verimliliğini artırmak için ultrasonik işlem parametrelerinin optimizasyonuna odaklandı. Pentaeritritol esterin% 81.4'lük geliştirilmiş verimi, 15 s'lik bir ultrasonik darbe,% 60'lık bir ultrasonik genlik,% 1.5'lik bir katalizör konsantrasyonu ve 100 ° C'lik bir reaksiyon sıcaklığı ile gerçekleştirildi. Kalite kontrol için, sonokimyasal olarak sentezlenen pentaeritritol ester, sentetik sınıf kompresör yağı ile karşılaştırıldı. Sonuç olarak, çalışma, ultrasonik olarak teşvik edilen ardışık transesterifikasyon işleminin, pentaeritritol ester bazlı biyoyağlayıcının sentezi için geleneksel ardışık transesterifikasyon işleminin yerini almak için etkili bir yöntem olduğunu göstermektedir. Ultrasonik transesterifikasyon işleminin en büyük avantajları, pentaeritritol ester veriminin artması, reaksiyon süresinin kısalması ve önemli ölçüde daha düşük reaksiyon sıcaklıklarıdır. (bkz. Arumugam ve diğerleri, 2019)
Kolza tohumu yağının pentaeritritol estere ultrasonik olarak yoğunlaştırılmış iki aşamalı transesterifikasyonu.
(Arumugam ve ark., 2019'dan uyarlanmıştır)
Ultrasonik sentez yoluyla pentanal türevli asetal esterler
Kurniawan'ın araştırma ekibi, yeşil kimya ilkelerini kullanarak sonokimyasal yöntemle pentanal türevli üç asetal ester sentezledi. Sonikasyon, iki kimyasal adımı teşvik etmek için kullanıldı:
- 9,10-dihidroksioktadekanoik asidin esterleştirilmesi
- Alkil 9,10-dihidroksioktadekanoatın asetalizasyonu
Alkil 9,10-dihidroksistearat esterlerini üretmek için iki aşama gereklidir ve% 67-85 verim elde edilmiştir. Etkinliğin değerlendirilmesi için sonokimyasal yöntem konvansiyonel reflü tekniği ile karşılaştırıldı. Ayrıca, homojen ve katı asit katalizörleri, yani sülfürik asit (H2SO4), doğal bentonit ve H-bentonit, çeşitli katalizörlerin etkisini ve verimliliğini belirlemek için kullanılmıştır. H-bentonit ile katalize edilen asidin sonokimyasal esterleştirilmesinin, geri akış yöntemine göre 3 kat daha kısa reaksiyon süresinde% 70'e varan verim sağlayan ürünler verdiği bulunmuştur ki bu dikkat çekicidir. Ultrasonication kullanılarak H-bentonit varlığında n-pentanal ile son asetalizasyon adımı, konvansiyonel yöntemden daha yüksek olan% 69-85 verimde üç pentanal türevli dioksolan türevi sağladı. Reflü yöntemi, ultrasonik sentez sadece 10-30 dakika gerektirdiğinden, sonokimyasal yöntemden daha uzun bir reaksiyon süresi gerektiriyordu. Sonikasyon altında önemli ölçüde daha kısa reaksiyon süresine ek olarak, sonokimyasal yöntem kullanılarak her esterin kayda değer bir verimi elde edildi.
Araştırmacı ayrıca, sonokimyasal reaksiyonun enerji gereksinimlerinin, geleneksel yöntemden yaklaşık 62 kat daha düşük olduğunu hesapladı. Bu, maliyetleri düşürür ve çevre dostudur.
Her bir ürünün fizikokimyasal özelliklerinin incelenmesi, metil 8- (2-butil-5-oktil-1,3-dioksolan-4-il) oktanoatın, yaygın yağlayıcıların yerini alma işlevlerine sahip potansiyel yeni bir biyoyağlayıcı olduğunu ortaya çıkardı. (bkz. Kurniawan ve diğerleri, 2021)
Sonokimyasal işlemler için 4x 2000 watt problu (8kW) ultrasonik reaktör.
Ultrason kullanılarak Pentaeritil Esterlerin Transesterifikasyonu
Pentaeritil esterler, ayçiçeği, keten tohumu ve jatropha yağı gibi bitkisel yağlardan elde edilebilir. Hashem'in araştırma ekibi, iki transesterifikasyon aşamasını içeren ardışık bir baz katalizli transesterifikasyon yoluyla biyobazlı yağlayıcıların sentezini gösterdi. Ayçiçeği, keten tohumu ve jatropha yağı kullanarak sentezin fizibilitesini gösterdiler. İlk adımda, yağlar karşılık gelen metil esterlere dönüştürüldü. İkinci işlemde, metil esterler, aşağıdaki şemada gösterildiği gibi pentaeritritolün etkisiyle pentaeritril esterlere dönüştürüldü: (cf. Hashem ve diğerleri, 2013)
Bitkisel yağın metil estere transesterifikasyonundan sonra, metil esterler, yukarıdaki şemada gösterildiği gibi pentaeritritolün etkisiyle pentaeritril esterlere dönüştürülür. (bkz. Hashem ve diğerleri, 2013)
Ultrasonication'ın transesterifikasyon üzerindeki önemli reaksiyon arttırıcı etkileri bilimsel olarak kanıtlanmıştır ve on yıllardan beri endüstriyel olarak kabul edilmiştir. Ultrasonik olarak geliştirilmiş transesterifikasyon için en belirgin örnek, sıvı ve katı yağların biyodizel olarak bilinen yağ asidi metil esterine (FAME) dönüştürülmesidir.
(Atık) sıvı ve katı yağların ultrason destekli biyodizele transesterifikasyonu hakkında daha fazla bilgi edinin!
Transesterifikasyon ve diğer Kimyasal Sentezler için Ultrasonik Problar ve Reaktörler
Hielscher Ultrasonics, sonokimyasal reaksiyonlar için sofistike yüksek performanslı ultrasonicators söz konusu olduğunda uzmanınızdır. Hielscher, her boyutta problar (sonotrodlar), reaktörler ve akış hücreleri gibi yüksek güçlü ultrasonicators ve aksesuarlar tasarlar, üretir ve dağıtır ve kimyasal laboratuvarların yanı sıra endüstriyel ölçekte kimyasal üretim tesisleri sağlar. Kompakt laboratuvar ultrasonik cihazlarından endüstriyel ultrasonik problara ve reaktörlere kadar, Hielscher işleminiz için ideal ultrasonik sisteme sahiptir. Sono-kataliz ve sono-sentez gibi uygulamalarda uzun yıllara dayanan deneyime sahip iyi eğitimli personelimiz, gereksinimleriniz için size en uygun kurulumu önerecektir.
Hielscher Ultrasonics, çok yüksek sağlamlığa sahip yüksek performanslı ultrasonik sistemler üretir ve tüm Hielscher endüstriyel ultrasonicators sürekli çalışmada (24/7) çok yüksek genlikler sunabildiğinden yoğun ultrason dalgaları sunabilir. Sağlam ultrason sistemleri neredeyse hiç bakım gerektirmez ve çalışacak şekilde üretilmiştir. Bu, Hielscher ultrasonik ekipmanı zorlu koşullar altında ağır hizmet uygulamaları için güvenilir kılar. Yüksek sıcaklık veya çok sert kimyasallar için özel sonotrodlar da mevcuttur.
En Yüksek Kalite – Almanya'da tasarlandı ve üretildi: Tüm ekipmanlar Almanya'daki merkezimizde tasarlanmakta ve üretilmektedir. Müşteriye teslim edilmeden önce, her ultrasonik cihaz tam yük altında dikkatlice test edilir. Müşteri memnuniyeti için çalışıyoruz ve üretimimiz en yüksek kalite güvencesini (örneğin, ISO sertifikası) yerine getirecek şekilde yapılandırılmıştır.
Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir:
| Numune Hacmi | Akış Oranı | Önerilen Cihaz |
|---|---|---|
| 1 - 500mL | 10 - 200mL/min | UP100H |
| 10 - 2000mL | 20 - 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 - 100L | 2 - 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha büyük | grubu UIP16000 |
Bizimle İletişime Geçin! / Bize Sor!
Hielscher Ultrasonics, laboratuvar, pilot ve endüstriyel ölçekte karıştırma uygulamaları, dispersiyon, emülsifikasyon ve ekstraksiyon için yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörler üretmektedir.
Literatür / Referanslar
- 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
Bilmeye Değer Gerçekler
What is a Polyol-Ester?
A polyol-ester is an ester produced by reacting a polyol, which is an alcohol containing two or more hydroxyl groups, with one or more carboxylic acids. In lubricant chemistry, polyol-esters are important synthetic ester base fluids because their branched molecular structure provides high lubricity, good viscosity-temperature behavior, low volatility, and excellent thermal and oxidative stability.
What are Polyols Used for?
Polyols are used as chemical building blocks in the production of polyurethanes, polyesters, alkyd resins, synthetic lubricants, plasticizers, surfactants, coatings, adhesives, and elastomers. In lubricant production, polyols such as trimethylolpropane, neopentyl glycol, and pentaerythritol are esterified with fatty acids to produce high-performance polyol-ester base oils. In food applications, some polyols are used as low-calorie sweeteners, humectants, and texture-modifying ingredients.
Learn more about the use of polyols in ultrasonic biolubricant manufacturing!
What is the Difference between Polyols in Food Science and Polymer Chemistry?
In food science, polyols usually refer to sugar alcohols such as sorbitol, xylitol, maltitol, erythritol, and mannitol, which are used as sweeteners, humectants, and bulking agents. In polymer chemistry, polyols refer more broadly to multifunctional alcohols or hydroxyl-terminated molecules that react with acids, isocyanates, or other functional groups to form polymers, resins, foams, elastomers, and synthetic esters. The term is chemically related in both fields, but the application context is different: food polyols are mainly functional ingredients, while industrial polyols are reactive chemical intermediates.
What are the Pathways of Polyol Synthesis?
Doğal yağ poliolleri (kısaltılmış NOP'lar) veya biyopolioller, bitkisel yağlardan elde edilen poliollerdir. Biyopoliolleri sentezlemek için birkaç farklı kimyasal yol mevcuttur. Biyopolioller esas olarak poliüretan üretimi için hammadde olarak kullanılır, ancak aynı zamanda yağlayıcılar, elastomerler, yapıştırıcılar, suni deri ve kaplamalar gibi diğer ürünlerin üretimine de girer.
Bitkisel yağlardan poliol sentezi ile ilgili olarak epoksidasyon, transamidizasyon ve transesterifikasyon gibi çeşitli reaksiyon yöntemleri mevcuttur. Örneğin, kolza tohumu yağı bazlı poliol, yağ asidi zincirlerindeki çift bağların kısmi epoksidasyonu ve dietilen glikol kullanılarak genel açılış oksiran halkaları ile sentezlenebilir. Bitkisel trigliseritlerin ester bağlarının transamidizasyonu ve transesterifikasyonu, sırasıyla dietanolamin ve trietanolamin kullanılarak çalıştırılabilir.
Read more about ultrasonic transesterification of diesters!
Hielscher Ultrasonics, yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörler üretmektedir. laboratuvar Hedef endüstriyel boyut.