Saponification – Quá trình làm xà phòng với siêu âm

Saponification là quá trình hóa học của sản xuất xà phòng. Đó là phản ứng trong đó nguyên liệu thô của chất béo hoặc dầu (triglyceride) phản ứng với chất phản ứng kiềm để tạo thành xà phòng. Ultrasonication cải thiện xúc tác chuyển pha dẫn đến tăng tốc độ phản ứng, chuyển đổi hoàn toàn hơn và tránh sử dụng quá nhiều thuốc thử cơ sở như kali hydroxit (KOH) hoặc natri hydroxit (NaOH). Sự thủy phân kiềm bắt đầu siêu âm có thể dễ dàng thực hiện trong sản xuất xà phòng thương mại. Lò phản ứng siêu âm để xà phòng hóa tạo ra sản lượng cao hơn trong thời gian ngắn hơn mà không sử dụng bất kỳ chất xúc tác nào hoặc giảm lượng chất xúc tác được sử dụng.

Ultrasonically thúc đẩy Saponification

Nghiên cứu điển hình về siêu âm Saponification

Các nghiên cứu khác nhau đã chỉ ra rằng sonication thúc đẩy quá trình xà phòng hóa triglyceride thành xà phòng. Xà phòng hóa siêu âm tăng tốc và tăng chuyển đổi trong khi tiết kiệm hoặc tránh sử dụng chất xúc tác. Điều này làm cho xà phòng siêu âm một phương pháp sản xuất hiệu quả cao.

Siêu âm bắt đầu thủy phân kiềm của triglyceride (xà phòng) mà không có chất xúc tác pha

Mercantili et al. (2013) đã nghiên cứu ảnh hưởng của ultrasonication đối với quá trình thủy phân kiềm của triglyceride, được gọi là xà phòng hóa. Họ đã sử dụng sonication để bắt đầu thủy phân kiềm của dầu hướng dương. Kali hydroxit (KOH) được sử dụng làm bazơ kiềm. Nó đã được chứng minh rằng siêu âm có hiệu quả như một nguồn năng lượng để bắt đầu và thúc đẩy phản ứng, rằng năng suất phản ứng cao có thể đạt được chỉ trong 15 phút tổng ứng dụng năng lượng trong khi làm việc ở nhiệt độ môi trường xung quanh và không thể phát hiện được bởi các sản phẩm được tạo ra trong quá trình phản ứng. Sự so sánh của một bồn tắm siêu âm và một ultrasonocator loại thăm dò cho thấy đầu dò siêu âm là kỹ thuật vượt trội. Nghiên cứu chứng minh rằng xà phòng hóa siêu âm mang lại trong một chuyển đổi tốt mà không cần kiềm dư thừa hoặc xúc tác chuyển pha.

Thủy phân kiềm triacylglycerol

Ultrasonically thúc đẩy pha chuyển phản ứng cho saponification

Bhatkhande et al. (1998) đã chỉ ra rằng sonication của dầu thực vật như dầu đậu nành có thể được xà phòng hóa hiệu quả bằng cách sử dụng nước KOH và các PTC khác nhau ở nhiệt độ phòng. Mức độ xà phòng hóa đã được nghiên cứu bằng cách sử dụng giá trị xà phòng hóa làm tài liệu tham khảo. Tối ưu hóa các thông số khác nhau như thời gian, lựa chọn chất xúc tác chuyển pha, lượng chất xúc tác được sử dụng, lượng KOH và lượng nước được thực hiện bằng cách sử dụng sonication và khuấy. Để nghiên cứu tác dụng của siêu âm, quá trình xà phòng hóa cũng được thực hiện ở 35ºC trong các điều kiện khác nhau, cụ thể là khuấy, sonication, khuấy và sonication, và sưởi ấm ở 100ºC. Nó đã được tìm thấy rằng xà phòng hóa pha lỏng-lỏng không đồng nhất của các loại dầu thực vật khác nhau bằng cách sử dụng nước KOH / CTAB đã được tăng tốc đáng kể ở 35ºC dưới sonication và khuấy.

Ultrasonicators hiệu suất cao

Hielscher Ultrasonics cung cấp thiết bị siêu âm hiệu suất cao cho phòng thí nghiệm, thí điểm và sản xuất công nghiệp. Các ultrasonicators mạnh mẽ và đáng tin cậy được sử dụng cho các phản ứng sonochemical khác nhau như xà phòng hóa. Ultrasonicators loại thăm dò của Hielscher có thể được sử dụng trong chế độ hàng loạt và nội tuyến. Tất cả các thông số quy trình quan trọng – biên độ, áp suất, nhiệt độ – có thể được kiểm soát chính xác và đảm bảo kết quả tái tạo.
Điều khiển kỹ thuật số tự động ghi lại các thông số quy trình và lưu trữ chúng trên thẻ SD tích hợp. Cài đặt trước và điều khiển trình duyệt từ xa làm cho quá trình sonication rất đơn giản và thân thiện với người dùng.
Đối với nhiều phản ứng sonochemical, nhiệt độ nhất định phải được duy trì, vì vậy việc kiểm soát nhiệt độ là rất quan trọng. Ultrasonicators kỹ thuật số của Hielscher đi kèm với một cặp nhiệt và kiểm soát nhiệt độ. Tế bào dòng chảy có vỏ bọc cho phép tản nhiệt.
Sự mạnh mẽ của thiết bị siêu âm của Hielscher cho phép hoạt động 24/7 ở nhiệm vụ nặng nề và trong môi trường đòi hỏi khắt khe.
Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi:

• Bhatkhande, BS; Samant, Shriniwas D. (1998): Siêu âm hỗ trợ PTC xúc tác xà phòng hóa dầu thực vật bằng cách sử dụng kiềm nước. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 5, Số 1, 1998. 7-12.
• Mercantili, Laura; Séamus, Frank Davis; Higson, PJ (2014): Bắt đầu siêu âm thủy phân kiềm của triglyceride (xà phòng hóa) mà không cần xúc tác pha. Tạp chí Chất hoạt động bề mặt và chất tẩy rửa Vol. 17, Phát hành ngày 1 tháng 1 năm 2014. 133-141.

Sự thật đáng biết

Sonochemistry

Siêu âm điện được áp dụng cho các quá trình hóa học như tổng hợp và xúc tác (còn được gọi là tổng hợp sono và xúc tác sono, tương ứng) để bắt đầu và tăng cường phản ứng. Các ứng dụng khác nhau của chiếu xạ siêu âm trong tổng hợp hữu cơ đã được nghiên cứu sâu và phát triển cho sản xuất công nghiệp. Phương pháp điều trị Sonochemical có thể làm tăng tốc độ phản ứng, năng suất và tính chọn lọc của các sản phẩm mong muốn trong điều kiện nhẹ hơn đáng kể. Điều này làm cho việc xử lý siêu âm trở thành một kỹ thuật xử lý hiệu quả và thân thiện với môi trường. Xúc tác chuyển pha hỗ trợ siêu âm (PTC) được chứng minh là một phương pháp hiệu quả và hiệu quả hơn cho các phản ứng hữu cơ so với phản ứng tương tự ở điều kiện im lặng. Ví dụ, phản ứng Cannizarro được xúc tác bởi xúc tác chuyển pha hỗ trợ siêu âm được tăng tốc đáng kể dẫn đến chuyển đổi nhanh chóng. Một ví dụ nổi bật khác là transester hóa triglyceride (tức là dầu thực vật, mỡ động vật) và metanol với sự có mặt của KOH làm chất xúc tác và siêu âm điện. Transesterification siêu âm mang lại trong dầu diesel sinh học chất lượng cao được sản xuất trong một chuyển đổi nhanh chóng và một quá trình rất hiệu quả, kinh tế.

Chiết xuất siêu âm dựa trên xâm thực âm thanh và lực cắt thủy động lực học của nó

Saponification

Saponification mô tả phản ứng hóa học tạo ra xà phòng. Trong quá trình xà phòng hóa, dầu thực vật hoặc mỡ động vật được chuyển thành muối axit béo – "Xà phòng" – và glycerol, một loại rượu. Phản ứng đòi hỏi dung dịch bazơ kiềm (ví dụ: NaOH hoặc KOH) trong nước và cả nhiệt để bắt đầu phản ứng.
Các bước phản ứng của xà phòng hóa như sau:

1. Cuộc tấn công nucleophilic của các este axit béo bởi hydroxit
2. Rời khỏi nhóm loại bỏ
3. Khử proton

Phản ứng xà phòng hóa được sử dụng thương mại để sản xuất xà phòng và chất bôi trơn.
Trong khi xà phòng cứng natri hydroxit và xà phòng mềm kali hydroxit được sử dụng để làm sạch hàng ngày, cũng có những loại xà phòng đặc biệt được sản xuất bằng hydroxit kim loại khác. Ví dụ, xà phòng lithium và xà phòng canxi được sử dụng làm mỡ bôi trơn. Ngoài ra còn có “xà phòng phức tạp” bao gồm một hỗn hợp xà phòng kim loại.

sự thuỷ phân

Thủy phân liên quan đến phản ứng của một hóa chất hữu cơ với nước để tạo thành hai hoặc nhiều chất mới và thường có nghĩa là sự phân tách các liên kết hóa học bằng cách thêm nước. Este có thể được phân tách trở lại thành axit cacboxylic và rượu bằng phản ứng với nước và bazơ. Xà phòng được sản xuất bằng cách thủy phân este của chất béo hoặc dầu.

Cơ sở kiềm

Chất phản ứng bazơ kiềm (dung dịch kiềm) là cần thiết cho quá trình xà phòng hóa dầu và chất béo. Các triglyceride được phản ứng với một bazơ – natri hoặc kali hydroxit – Để sản xuất glycerol và muối axit béo, cái gọi là "xà phòng". Kali hydroxit là một hợp chất vô cơ có công thức KOH, và thường được gọi là kali ăn da. Natri hydroxit (NaOH) là một bazơ mạnh nguyên mẫu khác. Khi natri hydroxit được sử dụng, một xà phòng cứng được sản xuất, trong khi việc sử dụng kali hydroxit dẫn đến xà phòng mềm.

Chất phản ứng và thuốc thử

Chất phản ứng là một chất được sử dụng hết hoặc tiêu thụ trong phản ứng hóa học. So với thuốc thử, chất phản ứng được yêu cầu với số lượng lớn hơn. Thuốc thử là một chất được sử dụng để bắt đầu phản ứng, để hỗ trợ phản ứng và được tiêu thụ trong phản ứng, trái ngược với các chất xúc tác không được tiêu thụ trong phản ứng.

Saponification – Các câu hỏi thường gặp

• Quá trình xà phòng hóa là gì? Saponification là quá trình hóa học trong đó chất béo hoặc dầu phản ứng với kiềm (thường là natri hydroxit) để tạo ra xà phòng và glycerol. Phản ứng này liên quan đến việc thủy phân triglyceride thành muối axit béo và glycerol.
• Loại phản ứng nào là xà phòng hóa? Saponification là một loại phản ứng thủy phân trong đó liên kết este trong chất béo hoặc dầu bị phá vỡ bởi một kiềm.
• Tại sao nó được gọi là xà phòng hóa? Nó được đặt tên theo sản phẩm cuối cùng của nó, xà phòng và khả năng tạo ra xà phòng thông qua quá trình thủy phân các liên kết este trong triglyceride.
• Mục đích của xà phòng hóa là gì? Mục đích chính là sản xuất xà phòng, một chất hoạt động bề mặt được sử dụng rộng rãi để làm sạch và rửa.
• Là thủy phân xà phòng hóa? Có, xà phòng hóa là một loại thủy phân cụ thể liên quan đến việc phân hủy chất béo hoặc dầu bằng kiềm thành glycerol và muối axit béo (xà phòng).
• Cơ chế xà phòng hóa là gì? Nó liên quan đến sự tấn công nucleophilic của các ion hydroxit vào carbon carbonyl của liên kết este trong triglyceride, dẫn đến sự hình thành rượu (glycerol) và xà phòng.
• Tại sao trộn lại quan trọng đối với xà phòng hóa? Trộn hiệu quả đảm bảo tiếp xúc triệt để giữa các chất phản ứng, thúc đẩy phản ứng hoàn chỉnh và đồng đều hơn, rất quan trọng để đạt được năng suất tối ưu. Máy trộn siêu âm Hielscher có thể tăng cường quá trình này thông qua cavitation cường độ cao và lực cắt.
• Ví dụ xà phòng hóa là gì? Trộn natri hydroxit với dầu dừa với sự hiện diện của lò phản ứng siêu âm Hielscher để sản xuất xà phòng và glycerol minh họa xà phòng hóa.
• Sản phẩm chính của xà phòng hóa là gì? Các sản phẩm chính là xà phòng (muối natri hoặc kali của axit béo) và glycerol.
• Tại sao giá trị xà phòng hóa lại quan trọng? Giá trị xà phòng hóa cho biết lượng kiềm cần thiết để xà phòng hóa một lượng chất béo hoặc dầu nhất định, giúp xác định trọng lượng phân tử của các axit béo có trong nó.
• Xà phòng hóa có thể đảo ngược không? Trong điều kiện điển hình, xà phòng hóa không thể đảo ngược do tính chất ổn định của xà phòng được hình thành.
• Trái ngược với xà phòng hóa là gì? Quá trình este hóa, trong đó nước và rượu phản ứng với axit cacboxylic để tạo thành este và nước, là quá trình ngược lại.
• Xà phòng hóa có cần nhiệt không? Mặc dù không cần thiết, nhiệt có thể đẩy nhanh quá trình xà phòng hóa bằng cách tăng chuyển động phân tử và tốc độ phản ứng.
• Xà phòng hóa tỏa nhiệt hay thu nhiệt? Saponification là một phản ứng tỏa nhiệt, giải phóng nhiệt khi nó tiến hành.
• Xà phòng hóa là cơ bản hay có tính axit? Đó là một phản ứng cơ bản, vì nó liên quan đến hoạt động của một bazơ (kiềm) trên este (chất béo / dầu).
• Làm thế nào để bạn ngừng xà phòng hóa? Thêm một axit để trung hòa kiềm sẽ ngăn chặn phản ứng, chấm dứt hiệu quả quá trình xà phòng hóa.
• Điều gì xảy ra sau khi xà phòng hóa? Sau khi phản ứng hoàn toàn, hỗn hợp thường bao gồm xà phòng và glycerol, có thể được tinh chế hoặc xử lý thêm tùy thuộc vào mục đích sử dụng.
• Xà phòng hóa có tự nhiên không? Có, xà phòng hóa tự nhiên có thể xảy ra khi chất béo tiếp xúc với kim loại kiềm thổ trong một số môi trường địa chất nhất định hoặc khi các dân tộc cổ đại trộn mỡ động vật với tro trong các phương pháp sản xuất xà phòng truyền thống.
• Tại sao dầu ô liu được sử dụng trong xà phòng hóa? Dầu ô liu được ưa chuộng trong xà phòng hóa do hàm lượng axit oleic phong phú, mang lại xà phòng nhẹ, giữ ẩm với đặc tính làm sạch tốt và độ bền ổn định.
• Làm thế nào để biến chất béo thành xà phòng? Chất béo được biến thành xà phòng thông qua xà phòng hóa bằng cách đun nóng chúng bằng dung dịch kiềm mạnh, điển hình là natri hydroxit, phân hủy chất béo thành muối axit béo (xà phòng) và glycerol.
• Dầu nào có giá trị xà phòng hóa cao? Dầu dừa có giá trị xà phòng hóa cao, cho thấy tỷ lệ cao hơn các phân tử axit béo nhỏ hơn, làm cho nó rất phản ứng với kiềm để sản xuất xà phòng.
• Điều gì xảy ra với dầu trong quá trình xà phòng hóa? Trong quá trình xà phòng hóa, dầu bị kiềm thủy phân thành glycerol và muối axit béo, sau đó tạo thành xà phòng.
• Chất béo tốt nhất cho xà phòng là gì? Mỡ động vật (mỡ bò) và dầu dừa được coi là một số chất béo tốt nhất để làm xà phòng do đặc tính giặt và làm cứng của chúng trong sản phẩm xà phòng cuối cùng.
• Làm thế nào để xà phòng hóa dầu mà không cần dung dịch kiềm? Dầu saponifying mà không có dung dịch kiềm là không thể để làm xà phòng truyền thống; Tuy nhiên, chất tẩy rửa giống như xà phòng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng chất hoạt động bề mặt và chất nhũ hóa thay vì xà phòng hóa dựa trên dung dịch kiềm.