Ultrasonically hỗ trợ xúc tác khai thác

Lò phản ứng siêu âm Hielscher được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp để hỗ trợ và cải thiện quá trình khai thác xúc tác (CEP) hay còn gọi là khai thác chuyển pha (PTE). Khai thác xúc tác liên quan đến một hệ thống pha không đồng nhất, chẳng hạn như lỏng-lỏng hoặc lỏng-rắn. Siêu âm cao cắt và cavitational lực cải thiện tốc độ hòa tan của chất hòa tan đáng kể dẫn đến một khai thác nhanh hơn và đầy đủ hơn. Ngoài ra, hiệu ứng này có thể được sử dụng để giảm lượng dung môi hoặc axit được sử dụng. Là một kỹ thuật đã được chứng minh, khai thác hỗ trợ siêu âm được sử dụng ngày càng tăng do nhu cầu ngày càng tăng về kỹ thuật khai thác thân thiện với môi trường với thời gian khai thác rút ngắn và giảm tiêu thụ dung môi hữu cơ.

Chiết xuất xúc tác / chiết xuất chuyển pha – Fundamentals

Thuật ngữ “Xử lý chiết xúc tác (CEP) hoặc Chiết chuyển pha (PTE) mô tả sự phân bố lỏng-lỏng hoặc rắn-lỏng khi tập trung chiết xuất và loại bỏ chất phân tích. Do đó, chất pha loãng lỏng hoặc rắn phải được phân tán / nhũ hóa vào dung môi (pha lỏng). Theo thuật ngữ “chất chiết xuất” Chỉ có hoạt chất trong dung môi được mô tả (tức là pha hữu cơ đồng nhất’ bao gồm chất chiết xuất, chất pha loãng và / hoặc chất biến tính) chịu trách nhiệm chính cho việc chuyển chất tan từ 'nước’ đến 'hữu cơ’ pha. [IUPAC]. Các vấn đề mục tiêu, được trích xuất được gọi là trích xuất.
Các phương pháp chiết xuất truyền thống như chiết soxhlet, maceration, lò vi sóng, thẩm thấu, chiết xuất dưới trào ngược và chưng cất hơi nước, hoặc chiết xuất turbo thường chậm và không hiệu quả và / hoặc đòi hỏi một lượng lớn dung môi nguy hiểm dẫn đến quá trình tốn nhiều chi phí và thời gian có hại cho môi trường.
Siêu âm là một giải pháp thay thế đã được chứng minh cho các phương pháp khai thác thông thường cung cấp việc khai thác nhanh hơn và hoàn chỉnh hơn với ít hoặc không có dung môi nguy hiểm! Siêu âm là một kỹ thuật mạnh mẽ để xử lý xanh, thân thiện với evironmental.

Nguyên tắc khai thác xúc tác hỗ trợ siêu âm

Để chiết xuất một chất, các pha không thể trộn lẫn phải được trộn lẫn để chất được chiết xuất có thể được hòa tan từ pha mang vào pha dung môi. Thông thường, chiết xuất chuyển pha được thực hiện từ pha phân tán sang pha liên tục, có nghĩa là các giọt và hạt cần được phân tán đồng nhất vào dung môi.
Siêu âm điện là một công nghệ trộn và khai thác nổi tiếng có một số tác động tích cực đến quá trình khai thác:

Lợi ích của khai thác siêu âm:

• phá vỡ các lớp ranh giới
• vượt qua lực lượng Van-der-Waals
• Di chuyển chất lỏng không bão hòa lên bề mặt tiếp xúc
• Giảm hoặc loại bỏ nhu cầu về đại lý chuyển nhượng
• giảm thời gian, nhiệt độ và / hoặc nồng độ
• ít dư thừa hơn so với khối lượng cần thiết cho độ bão hòa đầy đủ
• Khối lượng tinh chế ít hơn (ví dụ: bằng cách chưng cất, bay hơi, sấy khô)
• không có lò phản ứng khuấy liên tục (CSR)
• Tiết kiệm điện năng
• Không phân lô nhưng xử lý nội tuyến
• sử dụng dung môi ít axit hoặc rẻ hơn
• Tránh dung môi, sử dụng nước thay thế
• xử lý nồng độ chất rắn cao hoặc bùn có độ nhớt cao
• Chế biến xanh: thân thiện với môi trường
• Sử dụng axit hữu cơ, chẳng hạn như axit malic hoặc axit citric
• Tránh các quy trình khai thác nhiều giai đoạn

Chiết xuất lỏng-lỏng

Quy trình thông thường: The liquid-liquid extraction is a partitioning method to extract substances from one liquid phase into another liquid phase based on the substances’ relative solubilities in the two different immiscible liquid phases. The use of ultrasonics improves the rate at which the solute is transferred between the two phases by high performance Trộn, Nhũ hóavà Giải thể!
Chiết lỏng-lỏng là một kỹ thuật tách để cô lập và cô đặc các thành phần có giá trị từ dung dịch nước bằng cách sử dụng dung môi hữu cơ. Việc chiết xuất lỏng-lỏng thường được áp dụng khi một kỹ thuật tách khác (ví dụ như chưng cất) không hiệu quả. Chiết xuất lỏng-lỏng được sử dụng trong dược phẩm & mỹ phẩm (hợp chất hoạt tính, API, nước hoa), cũng như công nghiệp thực phẩm và nông nghiệp, cho hóa học hữu cơ và vô cơ, công nghiệp hóa dầu và thủy luyện kim.

Vấn đề: Một vấn đề phổ biến là tính không thể trộn lẫn của các pha lỏng (dung môi và chất pha loãng là không thể trộn lẫn), do đó cần có một phương pháp trộn thích hợp. Vì sự pha trộn đồng đều của cả hai pha lỏng thúc đẩy quá trình chuyển pha giữa chất pha loãng và dung môi, một phương pháp phân tán hoặc nhũ hóa đáng tin cậy là rất quan trọng. Hỗn hợp càng mịn và diện tích tiếp xúc giữa cả hai pha càng cao, chất hòa tan càng có thể chuyển từ pha lỏng này sang pha lỏng khác. Các quy trình khai thác thông thường chủ yếu thiếu trong việc thúc đẩy chuyển giao khối lượng để quá trình khai thác chậm và thường không đầy đủ. Để cải thiện việc khai thác, thường sử dụng quá nhiều dung môi, làm cho quá trình này tốn kém và gây ô nhiễm môi trường.
 

 
Giải pháp: Khai thác chất lỏng-chất lỏng siêu âm vượt trội các kỹ thuật khai thác chất lỏng-lỏng truyền thống tại các điểm khác nhau:
Siêu âm điện trộn hai hoặc nhiều pha lỏng đáng tin cậy và dễ dàng với nhau. Bằng cách siêu âm, các giọt có thể được giảm xuống kích thước nano để tốt Nhũ tương vi mô và nano đều thu được. Qua đó, các lực xâm thực được tạo ra thúc đẩy sự chuyển khối lượng giữa các pha lỏng. Vì sonication có thể được chạy trong một hệ thống nội tuyến liên tục, khối lượng lớn và chất lỏng có độ nhớt cao có thể được xử lý mà không có vấn đề.
Nhưng cũng khai thác vi mô, ví dụ cho mục đích phân tích, cũng có thể được cải thiện bằng sonication, quá, (ví dụ: khai thác vi mô dựa trên chất lỏng ion với nhũ tương siêu âm).

Lợi ích của khai thác siêu âm:
Lực siêu âm mạnh mẽ – được tạo ra bởi siêu âm tần số thấp / công suất cao – giúp:

• Định hình lại các giọt
• Tránh các chất chuyển nhũ tương hoặc chất xúc tác lưỡng cư
• Tránh sử dụng chất tẩy rửa hoặc chất hoạt động bề mặt
• Tránh xúc tác lưỡng tính, chất tẩy rửa hoặc chất hoạt động bề mặt
• tạo ra nhũ tương không ổn định hỗn loạn mà không có lớp hoạt động bề mặt

Khai thác rắn-lỏng được cải thiện bởi siêu âm

Mục tiêu của chiết xuất rắn-lỏng hoặc chiết pha rắn (SPE) là tách các chất phân tích, được hòa tan hoặc lơ lửng trong hỗn hợp lỏng và cách ly chúng khỏi ma trận theo tính chất vật lý và hóa học của chúng. Do đó, phân lập được pha loãng từ các chất hấp thụ với sự trợ giúp của dung môi thích hợp. Các chất chiết xuất được gọi là elute.
Các kỹ thuật SPE thông thường là maceration, chiết soxhlet, thấm, kết hợp trào ngược và chưng cất hơi nước, hoặc trộn / chiết turbo tốc độ cao. Chiết xuất rắn-lỏng là một thủ tục phổ biến để tách các hợp chất trong sinh học, hóa học cũng như trong ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm. Việc khai thác kim loại còn được gọi là lọc.
Vấn đề: Các kỹ thuật SPE thông thường được gọi là tốn thời gian và đòi hỏi số lượng dung môi tương đối lớn, chủ yếu là nguy hiểm và gây ô nhiễm môi trường. Nhiệt độ quá trình cao thậm chí có thể dẫn đến sự phá hủy các chất chiết xuất nhạy cảm với nhiệt.
Giải pháp: Với việc khai thác chất rắn-lỏng hỗ trợ siêu âm, các vấn đề phổ biến của SPE truyền thống thường có thể được khắc phục. Vì sonication cung cấp sự phân phối tốt các chất rắn trong pha dung môi, một ranh giới giao thoa lớn hơn có sẵn để việc chuyển khối lượng của chất đích vào dung môi được cải thiện. Điều này dẫn đến việc chiết xuất nhanh hơn và hoàn chỉnh hơn trong khi việc sử dụng dung môi được giảm hoặc tránh hoàn toàn (thay vào đó sử dụng nước làm pha lỏng). Bằng cách áp dụng siêu âm điện, việc khai thác pha rắn có thể được thực hiện hiệu quả hơn, kinh tế và thân thiện với môi trường. Do giảm hoặc tránh các dung môi gây ô nhiễm hoặc nguy hiểm, khai thác siêu âm có thể được coi là thân thiện với môi trường Quy trình xanh. Về mặt kinh tế, chi phí xử lý giảm do tiết kiệm năng lượng, dung môi và thời gian.

Khai thác dung môi siêu âm

Trong trường hợp chiết dung môi, dung môi (ví dụ dung môi hữu cơ) được sử dụng để hòa tan và tách hợp chất khỏi chất lỏng khác (ví dụ pha nước). Nói chung, càng nhiều chất hòa tan phân cực hòa tan trong dung môi phân cực nhiều hơn và các chất hòa tan ít phân cực hơn trong dung môi ít phân cực hơn. Sử dụng chiết dung môi, có thể tách thiophenes bị oxy hóa (sulfoxide, sulfone) khỏi pha dầu bằng acetonitril hoặc các dung môi phân cực khác. Chiết xuất dung môi cũng được sử dụng để chiết xuất các vật liệu, chẳng hạn như uranium, plutonium hoặc thori từ các dung dịch axit thành organophosphate tri-N-butyl phosphate (quá trình PUREX).
Giảm sử dụng dung môi của bạn: Việc sử dụng siêu âm giảm thiểu việc sử dụng dung môi trong quá trình và tối ưu hóa tải sản phẩm trong dung môi. Nó cũng dẫn đến việc khai thác nhanh hơn và đầy đủ hơn.
Bấm vào đây để đọc thêm về Ultrasonically-Assisted Oxidative Desulphurization!

Ultrasonically hỗ trợ khai thác Soxhlet

Chiết xuất Soxhlet là một kỹ thuật chiết xuất rắn-lỏng thường được sử dụng trong các phòng thí nghiệm tổng hợp và phân tích. Chiết xuất Soxhlet chủ yếu được áp dụng khi một chất chỉ có độ hòa tan hạn chế trong dung môi và tạp chất không hòa tan trong dung môi đó.
Siêu âm có thể được kết hợp rất thành công với việc khai thác Soxhlet dẫn đến tăng năng suất và thời gian khai thác ngắn hơn.
Vui lòng nhấp vào đây để tìm hiểu thêm về khai thác Soxhlet hỗ trợ siêu âm!

Khai thác trong tan chảy bằng cách sử dụng Sonication

Chiết xuất lỏng-lỏng có thể được thực hiện trong hỗn hợp trong đó một hoặc cả hai pha lỏng là nóng chảy, chẳng hạn như muối nóng chảy hoặc kim loại nóng chảy, chẳng hạn như thủy ngân. Sonication nội tuyến mạnh mẽ trong lò phản ứng tế bào dòng chảy siêu âm cho phép xử lý ngay cả chất lỏng có độ nhớt cao như tan chảy.

Ultrasonically hỗ trợ lọc

Leaching mô tả việc sử dụng axit, dung môi hoặc nước nóng để hòa tan có chọn lọc chất tan từ chất mang rắn trơ không hòa tan. Leaching thường được sử dụng trong khai thác mỏ để chiết xuất kim loại từ quặng.
Lợi ích của siêu âm Leaching:

• rửa các lỗ nhỏ của vật liệu xốp
• khắc phục sự chọn lọc của màng
• phá hủy chất rắn, phân tách và deagglomerate chất rắn
• loại bỏ các lớp thụ động
• loại bỏ các lớp oxit
• làm ướt tất cả bề mặt vật liệu đặc biệt đối với chất lỏng căng thẳng bề mặt cao
• cắt mỏng

Bấm vào đây để tìm hiểu thêm về lọc siêu âm!

Hielscher sonicators cho bất kỳ khối lượng sản xuất

Sonication tại phòng thí nghiệm, băng ghế dự bị và quy mô sản xuất: Tất cả các thiết bị siêu âm Hielscher được xây dựng để chạy 24h / 7d, ngay cả các homogenizers phòng thí nghiệm siêu âm có thể xử lý khối lượng đáng kể hoặc trong chế độ hàng loạt hoặc dòng chảy. Các băng ghế dự bị và ultrasonicators công nghiệp được thiết kế và xây dựng ở cấp công nghiệp để khối lượng lớn và độ nhớt cao có thể được xử lý mà không có vấn đề – ngay cả trong điều kiện đòi hỏi khắt khe như áp suất cao và nhiệt độ cao (ví dụ: kết hợp với CO2 siêu tới hạn, cho các quá trình ép đùn, v.v.). Ultrasonicators mạnh mẽ của Hielscher có khả năng xử lý dung môi, chất lỏng mài mòn, và ăn mòn. Các phụ kiện phù hợp làm cho nó có thể điều chỉnh hệ thống siêu âm tối ưu với các yêu cầu của quá trình khai thác. Để lắp đặt trong môi trường nguy hiểm, xếp hạng ATEX hoặc FM Hệ thống siêu âm chống cháy nổ đều có sẵn.
Qua đó, Hielscher mạnh mẽ và mạnh mẽ sonicators và một loạt các phụ kiện cho phép sonicate vật liệu như nước nóng / chất lỏng, axit, kim loại nóng chảy, muối nóng chảy, dung môi (ví dụ metanol, hexan; hữu cơ, dung môi phân cực ví dụ như acetonitrile).

Lưu đồ: Các giai đoạn khai thác chuyển pha siêu âm