Каталітична екстракція за допомогою ультразвуку

Ультразвукові реактори Hielscher використовуються в багатьох галузях промисловості для допомоги та вдосконалення обробки каталітичної екстракції (CEP) або так званої фазопереносної екстракції (PTE). Каталітична екстракція включає гетерогенну систему фаз, що не змішується, наприклад, рідина-рідина або рідина-тверда речовина. Ультразвукові високі зсувні та кавітаційні сили значно покращують швидкість розчинення розчинених речовин, що призводить до швидшої та повнішої екстракції. Крім того, цей ефект може бути використаний для зменшення кількості використовуваного розчинника або кислоти. Як перевірена техніка, ультразвукова екстракція використовується все частіше через зростаючий попит на екологічно чисті методи екстракції зі скороченим часом екстракції та зменшеним споживанням органічного розчинника.

Каталітична екстракція/екстракція з переносом фази – Основи

Термін “Обробка каталітичної екстракції (CEP) або екстракція з фазовим переносом (PTE) описує розподіл рідина-рідина або тверда рідина, коли зосереджено екстракцію та видалення аналітів. Тому рідкий або твердий розріджувач повинен бути диспергований / емульгований в розчиннику (рідка фаза). За терміном “Екстрагент” описується тільки активна речовина в розчиннику (тобто однорідна 'органічна фаза’ який включає екстрагент, розріджувач та/або модифікатор), який в основному відповідає за перенесення розчиненої речовини з 'водних’ до «органічного’ Фаза. [IUPAC]. Цільова речовина, яка витягується, називається екстрактом.
Традиційні методи екстракції, такі як екстракція Сокслета, мацерація, мікрохвильова піч, перколяція, екстракція під рефлюксом і парова дистиляція, або турбоекстракція, часто є повільними та неефективними та/або вимагають великої кількості небезпечних розчинників, що призводить до витратного та трудомісткого процесу, шкідливого для навколишнього середовища.
Ультразвук є перевіреною альтернативою звичайним методам екстракції, що забезпечує більш швидку та повну екстракцію з меншою кількістю небезпечних розчинників або без них! УЗД – це потужна техніка для обробки зелені, сприятливої для здоров'я.

Принцип каталітичної екстракції за допомогою ультразвуку

Для екстракції речовини фази, що не змішуються, повинні бути змішані таким чином, щоб речовина, що підлягає екстрагуванню, могла бути розчинена з фази-носія в фазу розчинника. Найчастіше екстракція з фазовим переносом виконується з дисперсної фази в безперервну, що означає, що краплі та частинки повинні бути однорідно дисперговані в розчиннику.
Power ultrasound – це відома технологія змішування та екстракції, яка має ряд позитивних впливів на процес екстракції:

Переваги ультразвукової екстракції:

• розрив граничних шарів
• подолати сили Ван-дер-Ваальса
• перемістити ненасичену рідину на контактну поверхню
• зменшити або усунути потребу в агентах з передачі
• Скоротіть час, температуру та/або концентрацію
• менше перевищення в порівнянні з обсягом, необхідним для повного насичення
• менший об'єм для рафінування (наприклад, шляхом дистиляції, випаровування, сушіння)
• реактори без безперервного перемішування (КСВ)
• Економте енергію
• без дозування, але вбудована обробка
• використовувати менш кислотний або дешевший розчинник
• Уникайте розчинників, замість них використовуйте водні
• обробляти суспензії з високою концентрацією твердих речовин або високою в'язкістю
• Екологічна переробка: екологічно чистий
• використовуйте органічні кислоти, такі як яблучна кислота або лимонна кислота
• Уникайте багатоступеневих процесів екстракції

Рідинно-рідинна екстракція

Звичайний процес: Екстракція рідина-рідина — це метод поділу для екстракції речовин з однієї рідкої фази в іншу рідку фазу, заснований на відносній розчинності речовин у двох різних рідких фазах, що не змішуються. Використання ультразвуку покращує швидкість, з якою розчинена речовина переноситься між двома фазами, завдяки високій продуктивності Змішування, Емульгуванняі Розчинення!
Екстракція рідина-рідина — це метод розділення для виділення та концентрації цінних компонентів з водного розчину за допомогою органічного розчинника. Екстракція рідина-рідина часто застосовується, коли інші методи розділення (наприклад, дистиляція) неефективні. Рідинно-рідинна екстракція використовується у фармацевтиці & косметичні (активні сполуки, АФІ, ароматизатори), а також харчової та сільськогосподарської промисловості, для органічної та неорганічної хімії, нафтохімічної промисловості та гідрометалургії.

Проблема: Поширеною проблемою є незмішуваність рідких фаз (розчинник і розріджувач не змішуються), тому потрібен правильний метод змішування. Оскільки рівномірне змішування обох рідких фаз сприяє перенесенню фаз між розріджувачем і розчинником, надійний метод диспергування або емульгування має вирішальне значення. Чим дрібніша суміш і чим більша площа контакту між обома фазами, тим краще розчин може переходити з однієї рідкої фази в іншу. Звичайні процеси екстракції в основному не сприяють масообміну, тому процес екстракції повільний і часто неповний. Для поліпшення екстракції часто використовується надмірна кількість розчинника, що робить процес дорогим і екологічно забруднюючим.
 

 
Рішення: Ультразвукова екстракція рідина-рідина перевершує традиційні методи екстракції рідина-рідина на різних етапах:
Силовий ультразвук надійно і легко змішує дві або більше рідких фаз між собою. За допомогою ультразвуку краплі можна зменшити до нанорозміру, щоб мікро- та наноемульсії виходять. Таким чином, створювані кавітаційні сили сприяють масопереносу між рідкими фазами. Оскільки ультразвук може проводитися в безперервній вбудованій системі, великі обсяги і високов'язкі рідини З цим можна впоратися без проблем.
Але також мікроекстракція, наприклад, в аналітичних цілях, також може бути покращена за допомогою ультразвуку (наприклад, мікроекстракція на основі іонної рідини з ультразвуковою емульгацією).

Переваги ультразвукової екстракції:
Потужні ультразвукові сили – генерується ультразвуком низької частоти/високої потужності – допомагає

• Зміна форми крапель
• Уникайте емульсійних переносників або амфілічних каталізаторів
• Уникайте використання миючих засобів або поверхнево-активних речовин
• Уникайте амфілічних каталів, миючих засобів або поверхнево-активних речовин
• утворюють турбулентні нестабільні емульсії без шарів поверхнево-активних речовин

Екстракція твердої рідини, покращена ультразвуком

Метою твердо-рідкої екстракції або твердофазної екстракції (SPE) є розділення аналітів, які розчинені або підвішені в рідкій суміші, та виділення їх із матриці відповідно до їх фізичними та хімічними властивостями. Тому ізолят елююється з сорбенів за допомогою відповідного розчинника. Витягнута речовина називається елютом.
Традиційними методами SPE є мацерація, екстракція сокслета, перколяція, комбінація рефлюксу та парової дистиляції або високошвидкісне змішування/турбоекстракція. Екстракція твердої рідини є поширеною процедурою для розділення сполук у біології, хімії, а також у харчовій, фармацевтичній та косметичній промисловості. Видобуток металів також відомий як вилуговування.
Проблема: Звичайні методи SPE відомі як трудомісткі та вимагають відносно великої кількості розчинників, які здебільшого є екологічно небезпечними та забруднюючими. Високі температури процесу можуть призвести навіть до руйнування термочутливих екстрактів.
Рішення: За допомогою ультразвукової екстракції твердої рідини можна нормально подолати загальні проблеми традиційного SPE. Оскільки ультразвук забезпечує тонкий розподіл твердих речовин у фазі розчинника, доступна більша міжфазна межа, щоб покращити масове перенесення цільової речовини в розчинник. Це призводить до швидшої та повнішої екстракції, тоді як використання розчинника зменшується або повністю уникається (замість цього використовуйте воду як рідку фазу). Завдяки застосуванню енергетичного ультразвуку твердофазна екстракція може бути проведена більш ефективною, економічною та безпечною для навколишнього металу. Завдяки зменшенню або уникненню використання забруднюючих або небезпечних розчинників, ультразвукову екстракцію можна вважати екологічно чистою Зелений процес. Економічно витрати на процес знижуються за рахунок економії енергії, розчинника і часу.

Екстракція ультразвуковим розчинником

У разі екстракції розчинником розчинник (наприклад, органічний розчинник) використовується для розчинення та відділення сполуки від іншої рідини (наприклад, водної фази). Як правило, чим більше полярних розчинених речовин розчиняється в більш полярному розчиннику, і тим менше полярних розчинених речовин у менш полярному розчиннику. За допомогою екстракції розчинником можна відокремити окислені тіофени (сульфоксиди, сульфони) від масляної фази за допомогою ацетонітрилу або інших полярних розчинників. Екстракція розчинником також використовується для вилучення матеріалів, таких як уран, плутоній або торій, з розчинів кислот у фосфорорганічні три-N-бутилфосфат (процес PUREX).
Зменшіть використання розчинника: Застосування ультразвуку зводить до мінімуму використання розчинників в процесі і оптимізує завантаження продукту в розчиннику. Це також призводить до більш швидкої і повної екстракції.
Натисніть тут, щоб прочитати більше про ультразвукову окислювальну десульфуризацію!

Ультразвукова екстракція Сокслета

Екстракція Сокслета – це метод екстракції твердої рідини, який часто використовується в синтетичних та аналітичних лабораторіях. Екстракція Сокслета в основному застосовується, коли речовина має лише обмежену розчинність у розчиннику, і домішка нерозчинна в цьому розчиннику.
Ультразвук можна дуже успішно поєднувати з екстракцією Сокслета, що призводить до збільшення виходів і скорочення часу екстракції.
Будь ласка, натисніть тут, щоб дізнатися більше про ультразвукову екстракцію Сокслета!

Екстракція в розплавах за допомогою ультразвукового апарату

Рідинно-рідинна екстракція може виконуватися в сумішах, де одна або обидві рідкі фази є розплавами, наприклад, розплавлені солі або розплавлені метали, такі як ртуть. Потужна вбудована ультразвукова ультразвукова рідина дозволяє обробляти навіть рідини з високою в'язкістю, такі як розплави.

Вилуговування за допомогою ультразвуку

Вилуговування описує використання кислот, розчинників або гарячої води для вибіркового розчинення розчиненої речовини з інертного нерозчинного твердого носія. Вилуговування часто використовується в гірничій справі для вилучення металів з руд.
Переваги ультразвукового вилуговування:

• промити дрібні отвори з пористих матеріалів,
• подолати селективність мембран
• руйнують тверді речовини, розшаровують і деагломератують тверді речовини
• видалення пасивних шарів
• видалення оксидних шарів,
• зволожувати всю поверхню матеріалу, зокрема, для рідин з високим поверхневим натягом
• зсувне проріджування

Натисніть тут, щоб дізнатися більше про ультразвукове вилуговування!

Магнітоли Hielscher для будь-яких обсягів виробництва

Ультразвук у лабораторії, настільному та виробничих масштабах: усі ультразвукові пристрої Hielscher створені для роботи 24/7d, навіть ультразвукові лабораторні гомогенізатори можуть обробляти значні обсяги в пакетному або проточному режимі. Настільні та промислові ультразвукові пристрої розроблені та виготовлені на промисловому рівні, тому великі обсяги та висока в'язкість можуть бути оброблені без проблем – навіть у вимогливих умовах, таких як високий тиск і високі температури (наприклад, у поєднанні з надкритичним CO2, для процесів екструзії тощо). Надійні ультразвукові апарати Hielscher здатні працювати з розчинниками, абразивними рідинами та корозійними речовинами. Відповідні аксесуари дозволяють оптимально адаптувати ультразвукову систему до вимог процесу екстракції. Для встановлення в небезпечних середовищах, має клас ATEX або FM вибухозахищені ультразвукові системи є в наявності.
Таким чином, надійні та потужні ультразвукові апарати Hielscher та широкий асортимент аксесуарів дозволяють проводити ультразвукові процеси таких матеріалів, як гаряча вода / рідини, кислоти, розплави металів, розплави солі, розчинники (наприклад, метанол, гексан; органічні, полярні розчинники, наприклад, ацетонітрил).

Блок-схема: Етапи ультразвукової фазової екстракції