Ultratovush yordamidagi katalitik ekstraksiya

Hielscher ultratovushli reaktorlari koʻplab sanoat tarmoqlarida katalitik ekstraksiya jarayonini (CEP) yoki fazalararo oʻtish ekstraksiyasi (PTE) deb ataluvchi jarayonni qoʻllab-quvvatlash va yaxshilash uchun ishlatiladi. Katalitik ekstraksiya suyuqlik–suyuqlik yoki suyuqlik–qattiq modda kabi bir-biri bilan aralashmaydigan geterogen fazalar tizimini oʻz ichiga oladi. Ultratovush hosil qiladigan kuchli siljish va kavitatsiya kuchlari eruvchi moddalarning erish tezligini sezilarli darajada oshirib, tezroq va toʻliqroq ekstraksiyaga olib keladi. Bundan tashqari, bu taʼsirdan ishlatiladigan erituvchi yoki kislota miqdorini kamaytirish uchun foydalanish mumkin. Ekstraksiya vaqtini qisqartiradigan va organik erituvchi sarfini kamaytiradigan ekologik toza ekstraksiya usullariga talab ortib borayotgani sababli, sinalgan usul boʻlgan ultratovush yordamidagi ekstraksiyadan tobora koʻproq foydalanilmoqda.

Katalitik ekstraksiya/fazalararo oʻtish ekstraksiyasi – asoslar

“Katalitik ekstraksiya jarayoni (CEP) yoki fazalararo oʻtish ekstraksiyasi (PTE)” atamasi analitlarni ekstraksiya qilish va chiqarib olish asosiy maqsad boʻlganda suyuqlik–suyuqlik yoki qattiq modda–suyuqlik oʻrtasidagi taqsimlanishni ifodalaydi. Shuning uchun suyuq yoki qattiq suyultiruvchi erituvchida (suyuq fazada) dispersiyalanishi/emulsiyalanishi kerak. “Ekstragent” atamasi faqat erituvchidagi faol moddani (yaʼni ekstragent, suyultiruvchi va/yoki modifikatorni oʻz ichiga oladigan bir jinsli “organik fazani”) ifodalaydi; bu modda, asosan, erigan moddaning “suvli” fazadan “organik” fazaga oʻtishi uchun javobgardir. [IUPAC]. Ekstraksiya qilinadigan maqsadli modda ekstrakt deb ataladi.
Sokslet ekstraksiyasi, matseratsiya, mikrotoʻlqinli usul, perkolatsiya, qaytarma sovitgich ostida ekstraksiya va bugʻ bilan distillash yoki turboekstraksiya kabi anʼanaviy ekstraksiya usullari koʻpincha sekin va samarasiz boʻladi va/yoki katta miqdorda xavfli erituvchilarni talab qiladi. Natijada jarayon koʻp xarajat va vaqt talab qiladi hamda atrof-muhitga zarar yetkazadi.
Ultratovush anʼanaviy ekstraksiya usullarining sinalgan muqobili boʻlib, kamroq xavfli erituvchilar bilan yoki ularsiz tezroq va toʻliqroq ekstraksiyani taʼminlaydi! Ultratovush yashil, ekologik toza ishlov berish uchun kuchli usuldir.

Ultratovush yordamidagi katalitik ekstraksiya tamoyili

Moddani ekstraksiya qilish uchun bir-biri bilan aralashmaydigan fazalar aralashtirilishi kerak, shunda ekstraksiya qilinadigan modda tashuvchi fazadan erituvchi fazaga erib oʻta oladi. Fazalararo oʻtish ekstraksiyasi koʻpincha dispers fazadan uzluksiz fazaga amalga oshiriladi, yaʼni tomchilar va zarrachalar erituvchida bir jinsli dispersiyalanishi kerak.
Yuqori quvvatli ultratovush ekstraksiya jarayoniga bir nechta ijobiy taʼsir koʻrsatadigan, yaxshi maʼlum boʻlgan aralashtirish va ekstraksiya texnologiyasidir:

Ultratovushli ekstraksiyaning afzalliklari:

• chegaraviy qatlamlarni buzish
• van-der-Vaals kuchlarini yengish
• toʻyinmagan suyuqlikni kontakt yuzasiga yetkazish
• oʻtkazuvchi agentlarga ehtiyojni kamaytirish yoki bartaraf etish
• vaqt, harorat va/yoki konsentratsiyani kamaytirish
• toʻliq toʻyinish uchun zarur hajmga nisbatan kamroq ortiqcha miqdor
• tozalash kerak boʻlgan hajmning kamayishi (masalan, distillash, bugʻlatish, quritish orqali)
• uzluksiz aralashtiriladigan reaktorlar (CSR) kerak emas
• energiyani tejash
• partiyalarda ishlov berish oʻrniga oqim ichida ishlov berish
• kislotaliligi pastroq yoki arzonroq erituvchidan foydalanish
• erituvchilardan voz kechib, oʻrniga suvli muhitdan foydalanish
• qattiq moddalar konsentratsiyasi yuqori boʻlgan aralashmalar yoki yuqori qovushqoqlikdagi suspenziyalarga ishlov berish
• yashil ishlov berish: ekologik toza
• olma kislotasi yoki limon kislotasi kabi organik kislotalardan foydalanish
• koʻp bosqichli ekstraksiya jarayonlaridan voz kechish

Suyuqlik–suyuqlik ekstraksiyasi

Anʼanaviy jarayon: Suyuqlik–suyuqlik ekstraksiyasi ikki xil, bir-biri bilan aralashmaydigan suyuq fazadagi moddalarning nisbiy eruvchanligiga asoslanib, moddalarni bir suyuq fazadan boshqa suyuq fazaga ekstraksiya qilish uchun qoʻllanadigan taqsimlash usulidir. Ultratovushdan foydalanish erigan moddaning ikki faza orasida oʻtish tezligini yuqori samarali aralashtirish, emulsiyalash va eritish orqali oshiradi!
Suyuqlik–suyuqlik ekstraksiyasi organik erituvchidan foydalanib, suvli eritmadan qimmatli komponentlarni ajratib olish va konsentrlash uchun qoʻllanadigan ajratish usulidir. Suyuqlik–suyuqlik ekstraksiyasi koʻpincha boshqa ajratish usullari (masalan, distillash) samarasiz boʻlganda qoʻllanadi. Suyuqlik–suyuqlik ekstraksiyasi farmatsevtika va kosmetika sanoatida (faol birikmalar, faol farmatsevtik ingredientlar (API), xushboʻy moddalar), shuningdek oziq-ovqat va qishloq xoʻjaligi sanoatida, organik va noorganik kimyoda, neft-kimyo sanoatida hamda gidrometallurgiyada qoʻllanadi.

Muammo: Keng tarqalgan muammo suyuq fazalarning aralashmasligidir (erituvchi va suyultiruvchi bir-biri bilan aralashmaydi), shu sababli mos aralashtirish usuli talab qilinadi. Ikkala suyuq fazaning bir tekis aralashtirilishi suyultiruvchi va erituvchi orasidagi fazalararo oʻtishga yordam bergani uchun ishonchli dispersiyalash yoki emulsiyalash usuli juda muhimdir. Aralashma qanchalik mayin va ikki faza orasidagi kontakt maydoni qanchalik katta boʻlsa, erituvchi bir suyuq fazadan boshqa suyuq fazaga shunchalik yaxshi oʻta oladi. Anʼanaviy ekstraksiya jarayonlari koʻpincha massa almashinuvini yetarlicha kuchaytirmaydi, shu sababli ekstraksiya jarayoni sekin kechadi va koʻpincha toʻliq yakunlanmaydi. Ekstraksiyani yaxshilash uchun koʻpincha ortiqcha miqdorda erituvchi ishlatiladi, bu esa jarayonni qimmatlashtiradi va atrof-muhitni ifloslantiradi.
 

 
Yechim: Ultratovushli suyuqlik–suyuqlik ekstraksiyasi anʼanaviy suyuqlik–suyuqlik ekstraksiyasi usullaridan bir qancha jihatlari bilan ustun turadi:
Yuqori quvvatli ultratovush ikki yoki undan ortiq suyuq fazani ishonchli va oson aralashtiradi. Ultratovush bilan ishlov berish orqali tomchilarni nanooʻlchamgacha kichraytirish mumkin, natijada mayin mikro- va nanoemulsiyalar olinadi. Bunda hosil boʻladigan kavitatsiya kuchlari suyuq fazalar orasidagi massa almashinuvini kuchaytiradi. Ultratovush bilan ishlov berishni uzluksiz oqim ichidagi tizimda amalga oshirish mumkinligi sababli, katta hajmlarga va yuqori qovushqoqlikdagi suyuqliklarga muammosiz ishlov berish mumkin.
Shuningdek, ultratovush bilan ishlov berish yordamida mikroekstraksiyani, masalan, tahliliy maqsadlarda ham yaxshilash mumkin (masalan, ultratovushli emulsiyalash bilan ionli suyuqlikka asoslangan mikroekstraksiya).

Ultratovushli ekstraksiyaning afzalliklari:
Past chastotali/yuqori quvvatli ultratovush hosil qiladigan kuchli ultratovush kuchlari quyidagilarga yordam beradi:

• tomchilar shaklini oʻzgartirish
• emulsiya oʻtkazuvchi agentlar yoki amfifil katalizatorlardan foydalanmaslik
• detergentlar yoki sirt faol moddalardan foydalanmaslik
• amfifil katalizatorlar, detergentlar yoki sirt faol moddalardan foydalanmaslik
• sirt faol modda qatlamlarisiz turbulent, beqaror emulsiyalar hosil qilish

Ultratovush bilan yaxshilangan qattiq modda–suyuqlik ekstraksiyasi

Qattiq modda–suyuqlik ekstraksiyasi yoki qattiq fazali ekstraksiyaning (SPE) maqsadi suyuq aralashmada erigan yoki muallaq holdagi analitlarni ajratish va ularni fizik hamda kimyoviy xossalariga koʻra matritsadan ajratib olishdir. Buning uchun ajratib olinadigan modda mos erituvchi yordamida sorbentdan elyutsiya qilinadi. Ekstraksiya qilingan modda “elute” deb ataladi.
Anʼanaviy SPE usullariga matseratsiya, Sokslet ekstraksiyasi, perkolatsiya, qaytarma sovitgich ostida ishlov berish va bugʻ bilan distillashning birikmasi yoki yuqori tezlikda aralashtirish/turboekstraksiya kiradi. Qattiq modda–suyuqlik ekstraksiyasi biologiya, kimyo, shuningdek oziq-ovqat, farmatsevtika va kosmetika sanoatida birikmalarni ajratish uchun keng qoʻllanadigan jarayondir. Metallarni ekstraksiya qilish tanlab eritish deb ham ataladi.
Muammo: Anʼanaviy SPE usullari koʻp vaqt talab qilishi bilan maʼlum va asosan ekologik xavfli hamda ifloslantiruvchi boʻlgan erituvchilarning nisbatan katta miqdorini talab qiladi. Jarayonning yuqori harorati hatto issiqlikka sezgir ekstraktlarning buzilishiga ham olib kelishi mumkin.
Yechim: Ultratovush yordamidagi qattiq modda–suyuqlik ekstraksiyasi bilan anʼanaviy SPE usullarining odatiy muammolarini, odatda, bartaraf etish mumkin. Ultratovush bilan ishlov berish qattiq moddalarning erituvchi fazada mayin taqsimlanishini taʼminlagani uchun kattaroq fazalararo chegara yuzasi hosil boʻladi, bu esa maqsadli moddaning erituvchiga massa almashinuvini yaxshilaydi. Natijada ekstraksiya tezroq va toʻliqroq kechadi, erituvchidan foydalanish esa kamayadi yoki butunlay bartaraf etiladi (uning oʻrniga suyuq faza sifatida suv ishlatiladi). Yuqori quvvatli ultratovushni qoʻllash orqali qattiq fazali ekstraksiyani samaraliroq, tejamkorroq va ekologik tozaroq amalga oshirish mumkin. Ifloslantiruvchi yoki xavfli erituvchilarni kamaytirish yoki ulardan voz kechish tufayli ultratovushli ekstraksiyani ekologik toza yashil jarayon deb hisoblash mumkin. Iqtisodiy jihatdan energiya, erituvchi va vaqtni tejash hisobiga jarayon xarajatlari kamayadi.

Ultratovushli erituvchi ekstraksiyasi

Erituvchi ekstraksiyasida birikmani boshqa suyuqlikdan (masalan, suvli fazadan) eritib ajratish uchun erituvchi (masalan, organik erituvchi) ishlatiladi. Odatda, qutbliligi yuqoriroq eruvchi moddalar qutbliligi yuqoriroq erituvchida, qutbliligi pastroq eruvchi moddalar esa qutbliligi pastroq erituvchida eriydi. Erituvchi ekstraksiyasidan foydalanib, atsetonitril yoki boshqa qutbli erituvchilar yordamida oksidlangan tiofenlarni (sulfoksidlar, sulfonlar) moy fazasidan ajratish mumkin. Erituvchi ekstraksiyasi, shuningdek, uran, plutoniy yoki toriy kabi materiallarni kislotali eritmalardan organofosfat tri-n-butil fosfatga ekstraksiya qilish uchun ham qoʻllanadi (PUREX jarayoni).
Erituvchi sarfini kamaytiring: Ultratovushdan foydalanish jarayondagi erituvchi sarfini minimallashtiradi va erituvchidagi mahsulot yuklamasini optimallashtiradi. Shuningdek, bu tezroq va toʻliqroq ekstraksiyaga olib keladi.
Ultratovush yordamidagi oksidlovchi oltingugurtdan tozalash haqida koʻproq oʻqish uchun shu yerni bosing!

Ultratovush yordamidagi Sokslet ekstraksiyasi

Sokslet ekstraksiyasi sintetik va analitik laboratoriyalarda tez-tez qoʻllanadigan qattiq modda–suyuqlik ekstraksiyasi usulidir. Sokslet ekstraksiyasi, asosan, moddaning erituvchida eruvchanligi faqat cheklangan boʻlganda va aralashma shu erituvchida erimaydigan boʻlganda qoʻllanadi.
Ultratovushni Sokslet ekstraksiyasi bilan juda muvaffaqiyatli birlashtirish mumkin, natijada mahsulot chiqishi ortadi va ekstraksiya vaqti qisqaradi.
Ultratovush yordamidagi Sokslet ekstraksiyasi haqida koʻproq bilish uchun shu yerni bosing!

Ultratovush bilan ishlov berish yordamida suyuqlanmalarda ekstraksiya

Suyuqlik–suyuqlik ekstraksiyasini suyuq fazalardan biri yoki ikkalasi ham suyuqlanma boʻlgan aralashmalarda, masalan, suyuqlangan tuzlar yoki simob kabi suyuqlangan metallarda amalga oshirish mumkin. Ultratovushli oqim hujayrasi reaktorlarida oqim ichida kuchli ultratovush bilan ishlov berish hatto suyuqlanmalar kabi yuqori qovushqoqlikdagi suyuqliklarga ham ishlov berish imkonini beradi.

Ultratovush yordamidagi tanlab eritish

Tanlab eritish inert, erimaydigan qattiq tashuvchidan eruvchi moddani tanlab eritish uchun kislotalar, erituvchilar yoki issiq suvdan foydalanishni anglatadi. Tanlab eritish koʻpincha konchilikda rudalardan metallarni ajratib olish uchun qoʻllanadi.
Ultratovushli tanlab eritishning afzalliklari:

• gʻovak materiallarning kichik teshiklarini yuvish
• membranalarning tanlovchanligini yengish
• qattiq moddalarni parchalash, qatlamlarga ajratish va deaglomeratsiya qilish
• passiv qatlamlarni olib tashlash
• oksid qatlamlarini olib tashlash
• materialning butun yuzasini, ayniqsa sirt tarangligi yuqori suyuqliklar bilan hoʻllash
• siljish taʼsirida qovushqoqlikni kamaytirish

Ultratovushli tanlab eritish haqida koʻproq bilish uchun shu yerni bosing!

Har qanday ishlab chiqarish hajmi uchun Hielscher ultratovush qurilmalari

Laboratoriya, stol usti va ishlab chiqarish miqyosida ultratovush bilan ishlov berish: barcha Hielscher ultratovush qurilmalari 24h/7d ishlash uchun yaratilgan, hatto laboratoriya ultratovushli gomogenizatorlari ham partiyali yoki oqim orqali ishlov berish rejimida sezilarli hajmlarga ishlov bera oladi. Stol usti va sanoat ultratovush qurilmalari sanoat talablariga muvofiq loyihalanadi va ishlab chiqariladi, shu sababli katta hajmlar va yuqori qovushqoqlikdagi materiallarga muammosiz ishlov berish mumkin – hatto yuqori bosim va yuqori harorat kabi murakkab sharoitlarda ham (masalan, oʻta kritik CO2 bilan birgalikda, ekstruziya jarayonlari uchun va hokazo). Hielscher kompaniyasining mustahkam ultratovush qurilmalari erituvchilar, abraziv suyuqliklar va korroziv moddalar bilan ishlay oladi. Mos aksessuarlar ultratovush tizimini ekstraksiya jarayoni talablariga optimal moslashtirish imkonini beradi. Xavfli muhitlarda oʻrnatish uchun ATEX yoki FM boʻyicha sertifikatlangan portlashdan himoyalangan ultratovush tizimlari mavjud.
Shu tariqa, Hielscher kompaniyasining mustahkam va kuchli ultratovush qurilmalari hamda aksessuarlarning keng assortimenti issiq suv/suyuqliklar, kislotalar, metall suyuqlanmalari, tuz suyuqlanmalari, erituvchilar (masalan, metanol, geksan; organik, qutbli erituvchilar, masalan, atsetonitril) kabi materiallarga ultratovush bilan ishlov berish imkonini beradi.

Blok-sxema: ultratovushli fazalararo oʻtish ekstraksiyasining bosqichlari