Ultratovushli transesterifikatsiya orqali poliol sintezi
Poliollar asosan oʻsimlik moylari yoki hayvon yogʻlaridagi triglitseridlarni transesterifikatsiya qilish orqali olinadigan sintetik murakkab efirlardir. Bu poliollar poliuretanlar, biomoylash materiallari va boshqa kimyoviy moddalarni ishlab chiqarish uchun xomashyo hisoblanadi. Ultratovush bilan ishlov berish kuchli siljish kuchlari va issiqlik energiyasini qoʻllash orqali transesterifikatsiya reaksiyalarini kuchaytirish uchun ishlatiladi. Ultratovush va uning sonokimyoviy taʼsirlari reaksiya energiyasini taʼminlaydi va massa almashinuvi cheklovlarini yengishga yordam beradi. Shu tariqa, ultratovush bilan ishlov berish transesterifikatsiya tezligini, mahsulot unumini va umumiy samaradorlikni sezilarli darajada oshiradi.
Ultratovush yordamida transesterifikatsiya
Transesterifikatsiya reaksiyalari eng muhim sintez yoʻllaridan biri boʻlib, oʻsimlik moylarini neft mahsulotlari oʻrnini bosuvchi mahsulotlarga aylantirishning samarali usuli sifatida keng qoʻllaniladi. Sonosintez (shuningdek, sonokimyoviy sintez, yaʼni yuqori samarali ultratovush yordamida jadallashtiriladigan kimyoviy sintez) transesterifikatsiya hamda boshqa kimyoviy jarayonlarga foydali taʼsiri bilan yaxshi tanilgan.
- Tez aylanish
- Toʻliqroq reaksiya
- Kamroq katalizator
- Kamroq keraksiz qoʻshimcha mahsulotlar
- Energiya tejamkorligi
- Yashil kimyo
Sonokimyoviy taʼsir bilan kuchaytirilgan oqimdagi transesterifikatsiya uchun 16 000 vattli ultratovushli reaktor (4x 4000 vattli zondlar).
Ultratovush yordamida oʻsimlik moylaridan poliollarni barqaror sintez qilish
Oʻsimliklardan olinadigan yogʻ kislotalari, yaʼni oʻsimlik moylari, keng tarqalgan va qayta tiklanadigan xomashyo boʻlib, biologik manbali poliollar va poliuretanlarni tayyorlash uchun ishlatilishi mumkin. Kuchli ultratovushni qoʻllash transesterifikatsiyaning katalitik reaksiyasini sezilarli darajada tezlashtiradigan qulay sonokimyoviy taʼsirlarni yuzaga keltiradi. Bundan tashqari, ultratovush bilan ishlov berish sintezlangan poliollar unumini oshiradi, chunki akustik kavitatsiyaning kuchli aralashtirish energiyasi massa almashinuvi cheklovini yengadi. Ultratovushli transesterifikatsiya reaksiyalari anʼanaviy transesterifikatsiya reaksiyalariga qaraganda kamroq spirt va katalizator bilan samarali kechishi bilan yaxshi tanilgan. Bu ultratovush bilan ishlov berish orqali umumiy samaradorlikning oshishiga olib keladi.
Pentaeritritol murakkab efiri asosidagi biomoylash materialining ultratovushli sintezi
Arumugam tadqiqot guruhi koʻrsatganidek, pentaeritritol murakkab efirini raps moyidan ikki bosqichli sonokimyoviy jarayon orqali samarali sintez qilish mumkin. Optimallashtirish tadqiqotida tadqiqotchilar Hielscher UP400St ultratovush qurilmasidan foydalanganlar (chapdagi rasmga qarang). Sonokimyoviy taʼsir bilan jadallashtiriladigan birinchi transesterifikatsiyada raps moyi metanol bilan reaksiyaga kirishib, metil efiriga aylanadi. Ikkinchi transesterifikatsiya bosqichida metil efiri ksilol va katalizator bilan reaksiyaga kirishib, pentaeritritol murakkab efiriga aylanadi. Tadqiqotchi ultratovush taʼsirida pentaeritritol murakkab efiri sintezining mahsulot unumini va umumiy samaradorligini oshirish uchun ultratovushli jarayon parametrlarini optimallashtirishga eʼtibor qaratgan. 15 s ultratovush impulsi, 60% ultratovush amplitudasi, 1,5 wt% katalizator konsentratsiyasi va 100°C reaksiya haroratida pentaeritritol murakkab efirining 81,4% gacha yaxshilangan unumiga erishilgan. Sifatni nazorat qilish uchun sonokimyoviy usulda sintezlangan pentaeritritol murakkab efiri sintetik turdagi kompressor moyi bilan taqqoslangan. Xulosa sifatida, tadqiqot ultratovush yordamida jadallashtiriladigan ketma-ket transesterifikatsiya jarayoni pentaeritritol murakkab efiri asosidagi biomoylash materialini sintez qilishda anʼanaviy ketma-ket transesterifikatsiya jarayonini almashtirishning samarali usuli ekanini koʻrsatadi. Ultratovushli transesterifikatsiya jarayonining asosiy afzalliklari pentaeritritol murakkab efiri unumining oshishi, reaksiya vaqtining qisqarishi va reaksiya haroratlarining sezilarli darajada pasayishidir. (qarang: Arumugam va boshq., 2019)
Raps moyini pentaeritritol murakkab efiriga aylantirishning ultratovush bilan jadallashtirilgan ikki bosqichli transesterifikatsiyasi.
(Arumugam va boshq., 2019 asosida moslashtirilgan)
Ultratovushli sintez orqali pentanaldan olinadigan atsetal murakkab efirlari
Kurniawan tadqiqot guruhi yashil kimyo tamoyillarini qoʻllagan holda sonokimyoviy usul bilan pentanaldan uchta atsetal murakkab efirini sintez qilgan. Ultratovush bilan ishlov berish ikkita kimyoviy bosqichni jadallashtirish uchun qoʻllanilgan:
- 9,10-digidroksioktadekan kislotasini eterifikatsiya qilish
- Alkil 9,10-digidroksioktadekanoatni atsetallash
Alkil 9,10- digidroksistearat efirlarini olish uchun ikki bosqich talab qilinadi va 67–85% mahsulot unumiga erishilgan. Samaradorlikni baholash uchun sonokimyoviy usul anʼanaviy qaytarma sovitkich ostida qaynatish usuli bilan taqqoslangan. Bundan tashqari, turli katalizatorlarning taʼsiri va samaradorligini aniqlash uchun gomogen va qattiq kislotali katalizatorlar, yaʼni sulfat kislota (H2SO4), tabiiy bentonit va H-bentonit ishlatilgan. H-bentonit katalizatorligida kislotaning sonokimyoviy eterifikatsiyasi qaytarma sovitkich ostida qaynatish usuliga qaraganda 3 baravar qisqaroq reaksiya vaqtida 70% gacha unum bilan mahsulot bergani aniqlangan, bu esa eʼtiborga molikdir. H-bentonit ishtirokida n-pentanal bilan ultratovush yordamida amalga oshirilgan yakuniy atsetallash bosqichida pentanaldan olinadigan uchta dioksolan hosilasi 69–85% unum bilan olingan, bu anʼanaviy usuldagidan yuqoridir. Qaytarma sovitkich ostida qaynatish usuli sonokimyoviy usulga qaraganda uzoqroq reaksiya vaqtini talab qilgan, chunki ultratovushli sintez uchun atigi 10–30min kerak boʻlgan. Ultratovush bilan ishlov berishda reaksiya vaqti sezilarli darajada qisqarishidan tashqari, sonokimyoviy usul yordamida har bir murakkab efirning eʼtiborga molik unumiga erishilgan.
Tadqiqotchi, shuningdek, sonokimyoviy reaksiyaning energiya talabi anʼanaviy usulnikidan taxminan 62 baravar kamligini hisoblagan. Bu xarajatlarni kamaytiradi va atrof-muhit uchun qulaydir.
Har bir mahsulotning fizik-kimyoviy xossalarini tekshirish metil 8-(2-butil-5-oktil-1,3-dioksolan-4-il)oktanoat odatiy moylash materiallari oʻrnini bosishga imkon beradigan funksional xususiyatlarga ega boʻlgan istiqbolli yangi biomoylash materiali ekanini koʻrsatgan. (qarang: Kurniawan va boshq., 2021)
Sonokimyoviy jarayonlar uchun 4x 2000 vattli zondlarga ega ultratovushli reaktor (8kW).
Ultratovush yordamida pentaeritril murakkab efirlarining transesterifikatsiyasi
Pentaeritril murakkab efirlarini kungaboqar, zigʻir va yatrofa moyi kabi oʻsimlik moylaridan olish mumkin. Hashem tadqiqot guruhi ikkita transesterifikatsiya bosqichini oʻz ichiga oladigan, asos katalizatorligida kechadigan ketma-ket transesterifikatsiyalar orqali biologik manbali moylash materiallari sintezini namoyish etgan. Ular kungaboqar, zigʻir va yatrofa moyidan foydalanib, sintezni amalga oshirish mumkinligini koʻrsatganlar. Birinchi bosqichda moylar tegishli metil efirlariga aylantirilgan. Ikkinchi jarayonda metil efirlari quyidagi sxemada koʻrsatilganidek, pentaeritritol taʼsirida pentaeritril murakkab efirlariga aylantirilgan: (qarang: Hashem va boshq., 2013)
Oʻsimlik moyi transesterifikatsiya orqali metil efiriga aylantirilganidan soʻng, metil efirlari yuqoridagi sxemada koʻrsatilganidek, pentaeritritol taʼsirida pentaeritril murakkab efirlariga aylantiriladi. (qarang: Hashem va boshq., 2013)
Ultratovush bilan ishlov berishning transesterifikatsiya reaksiyasini sezilarli darajada kuchaytiruvchi taʼsirlari ilmiy jihatdan isbotlangan va oʻnlab yillardan beri sanoatda qoʻllanib kelinadi. Ultratovush bilan yaxshilangan transesterifikatsiyaning eng yaqqol misoli moylar va yogʻlarni biodizel deb tanilgan yogʻ kislotasi metil efiriga (FAME) aylantirishdir.
(Chiqindi) moylar va yogʻlarni ultratovush yordamida transesterifikatsiya qilib biodizelga aylantirish haqida batafsil oʻqing!
Transesterifikatsiya va boshqa kimyoviy sintezlar uchun ultratovushli zondlar va reaktorlar
Sonokimyoviy reaksiyalar uchun ilgʻor, yuqori samarali ultratovush qurilmalari haqida gap ketganda, Hielscher Ultrasonics sizning mutaxassisingizdir. Hielscher yuqori quvvatli ultratovush qurilmalari va istalgan oʻlchamdagi zondlar (sonotrodlar), reaktorlar hamda oqim hujayralari kabi aksessuarlarni loyihalaydi, ishlab chiqaradi va tarqatadi, shuningdek, kimyoviy laboratoriyalar hamda sanoat miqyosidagi kimyoviy ishlab chiqarish korxonalarini taʼminlaydi. Ixcham laboratoriya ultratovush qurilmalaridan tortib sanoat ultratovush zondlari va reaktorlarigacha, Hielscher jarayoningiz uchun ideal ultratovush tizimiga ega. Sonokataliz va sonosintez kabi qoʻllanishlar boʻyicha koʻp yillik tajribaga ega boʻlgan yaxshi tayyorlangan xodimlarimiz talablaringizga eng mos keladigan qurilmalar konfiguratsiyasini tavsiya qiladi.
Hielscher Ultrasonics juda yuqori mustahkamlikka ega va kuchli ultratovush toʻlqinlarini yetkazib bera oladigan yuqori samarali ultratovush tizimlarini ishlab chiqaradi, chunki barcha Hielscher sanoat ultratovush qurilmalari uzluksiz ishlashda (24/7) juda yuqori amplitudalarni taʼminlay oladi. Mustahkam ultratovush tizimlari deyarli texnik xizmat talab qilmaydi va ishlash uchun yaratilgan. Bu Hielscher ultratovush uskunalarini ogʻir sharoitlarda katta yuklama bilan ishlash uchun ishonchli qiladi. Yuqori harorat yoki juda agressiv kimyoviy muhitlar uchun maxsus sonotrodlar ham mavjud.
Eng yuqori sifat – Germaniyada loyihalangan va ishlab chiqarilgan: Barcha uskunalar Germaniyadagi bosh qarorgohimizda loyihalanadi va ishlab chiqariladi. Mijozga yetkazib berishdan oldin har bir ultratovush qurilmasi toʻliq yuklama ostida sinchiklab tekshiriladi. Biz mijozlarning mamnunligiga intilamiz va ishlab chiqarishimiz eng yuqori sifat kafolati talablariga javob beradigan tarzda tashkil etilgan (masalan, ISO sertifikatsiyasi).
Quyidagi jadval ultratovush qurilmalarimizning taxminiy ishlov berish quvvati haqida tasavvur beradi:
| Partiya hajmi | Hajmiy oqim tezligi | Tavsiya etiladigan qurilmalar |
|---|---|---|
| 1 dan 500mL gacha | 10 dan 200mL/min gacha | UP100H |
| 10 dan 2000mL gacha | 20 dan 400mL/min gacha | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 dan 20L gacha | 0,2 dan 4L/min gacha | UIP2000hdT |
| 10 dan 100L gacha | 2 dan 10L/min gacha | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 dan 100L/min gacha | UIP16000 |
| n.a. | kattaroq | klaster shaklida birlashtirilgan UIP16000 |
Biz bilan bogʻlaning! / Bizdan soʻrang!
Hielscher Ultrasonics laboratoriya, tajriba-sanoat va sanoat miqyosida aralashtirish, dispersiyalash, emulsiyalash va ekstraksiya uchun yuqori samarali ultratovushli gomogenizatorlar ishlab chiqaradi.
Adabiyotlar / Manbalar
- 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
Bilishga arziydigan faktlar
Poliol murakkab efiri nima?
Poliol murakkab efiri ikki yoki undan ortiq gidroksil guruhini oʻz ichiga olgan spirt boʻlmish poliolni bir yoki bir nechta karboksil kislota bilan reaksiyaga kiritish orqali olinadigan murakkab efirdir. Moylash materiallari kimyosida poliol murakkab efirlari muhim sintetik murakkab efirli asos suyuqliklaridir, chunki ularning tarmoqlangan molekulyar tuzilishi yuqori moylash qobiliyatini, yaxshi qovushqoqlik–harorat xususiyatlarini, past uchuvchanlikni hamda aʼlo issiqlik va oksidlanish barqarorligini taʼminlaydi.
Poliollar nima uchun ishlatiladi?
Poliollar poliuretanlar, poliefirlar, alkid smolalari, sintetik moylash materiallari, plastifikatorlar, sirt faol moddalar, qoplamalar, yelimlar va elastomerlarni ishlab chiqarishda kimyoviy qurilish birliklari sifatida qoʻllaniladi. Moylash materiallari ishlab chiqarishda trimetilolpropan, neopentilglikol va pentaeritritol kabi poliollar yogʻ kislotalari bilan eterifikatsiya qilinib, yuqori samarali poliol murakkab efirlari asosidagi bazaviy moylar olinadi. Oziq-ovqat sohasida ayrim poliollar kam kaloriyali shirinlashtiruvchilar, namlikni saqlovchi moddalar va teksturani oʻzgartiruvchi tarkibiy qismlar sifatida ishlatiladi.
Ultratovush yordamida biomoylash materiallari ishlab chiqarishda poliollardan foydalanish haqida batafsil bilib oling!
Oziq-ovqat fanidagi poliollar bilan polimer kimyosidagi poliollar oʻrtasida qanday farq bor?
Oziq-ovqat fanida poliollar odatda shirinlashtiruvchilar, namlikni saqlovchi va hajm beruvchi moddalar sifatida ishlatiladigan sorbitol, ksilitol, maltitol, eritritol va mannitol kabi shakar spirtlarini anglatadi. Polimer kimyosida poliollar kengroq maʼnoda kislotalar, izotsianatlar yoki boshqa funksional guruhlar bilan reaksiyaga kirishib, polimerlar, smolalar, koʻpiklar, elastomerlar va sintetik murakkab efirlar hosil qiladigan koʻp funksiyali spirtlar yoki uchlarida gidroksil guruhlari boʻlgan molekulalarni anglatadi. Atama ikkala sohada ham kimyoviy jihatdan oʻzaro bogʻliq, ammo qoʻllanish konteksti farq qiladi: oziq-ovqat poliollari asosan funksional tarkibiy qismlar boʻlsa, sanoat poliollari reaksiyaga kirishuvchan kimyoviy oraliq mahsulotlardir.
Poliol sintezining qanday yoʻllari mavjud?
Tabiiy moy poliollari (qisqartmasi NOPs) yoki biopoliollar oʻsimlik moylaridan olinadigan poliollardir. Biopoliollarni sintez qilish uchun bir nechta turli kimyoviy yoʻllar mavjud. Biopoliollar asosan poliuretanlar ishlab chiqarish uchun xomashyo sifatida ishlatiladi, ammo moylash materiallari, elastomerlar, yelimlar, sunʼiy charm va qoplamalar kabi boshqa mahsulotlarni ishlab chiqarishda ham qoʻllaniladi.
Oʻsimlik moylaridan poliollar sintez qilish uchun epoksidlash, transamidlash va transesterifikatsiya kabi turli reaksiya usullari mavjud. Masalan, raps moyi asosidagi poliolni yogʻ kislotasi zanjirlaridagi qoʻsh bogʻlarni qisman epoksidlash va dietilenglikol yordamida oksiran halqalarini toʻliq ochish orqali sintez qilish mumkin. Oʻsimlik triglitseridlarining murakkab efir bogʻlarini transamidlash va transesterifikatsiya qilish mos ravishda dietanolamin va trietanolamin yordamida amalga oshirilishi mumkin.
Diefirlarning ultratovushli transesterifikatsiyasi haqida batafsil oʻqing!
Hielscher Ultrasonics yuqori samarali ultratovushli gomogenizatorlarni laboratoriya oʻlchamidan tortib sanoat oʻlchamigacha ishlab chiqaradi.