Ultrasonik Transesterifikasyon ile Polyol Sentezi
Polioller, esas olarak trigliseritlerin bitkisel yağlardan veya hayvansal yağlardan transesterifikasyonu yoluyla üretilen sentetik esterlerdir. Bu polioller, poliüretanlar, biyoyağlayıcılar ve diğer cemiyetlerinin üretimi için hammaddedir. Ultrasonication yoğun kesme kuvvetleri ve termal enerji uygulayarak transesterifikasyon reaksiyonlarını geliştirmek için kullanılır. Ultrason ve sonokimyasal etkileri reaksiyon enerjisi sağlar ve kütle transferi sınırlamalarının üstesinden gelmeye yardımcı olur. Böylece, sonication önemli ölçüde transesterifikasyon hızını, verimi ve genel verimliliği artırır.
Ultrason Yardımlı Transesterifikasyon
Transesterifikasyon reaksiyonları en önemli sentez yollarından biridir ve bitkisel yağları petrol ürünleri ikamelerine dönüştürmek için etkili bir teknik olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Sono-sentez (ayrıca yüksek performanslı ultrason yoluyla teşvik edilen kimyasal sentez olan sonokimyasal sentez), transesterifikasyon ve diğer kimyasal işlemler üzerindeki yararlı etkileri ile iyi bilinmektedir.
- Hızlı dönüşüm
- Daha eksiksiz reaksiyon
- az Katalizör
- Daha az istenmeyen yan ürünler
- verimli enerji
- Yeşil Kimya
Ultrason Kullanarak Bitkisel Yağlardan Sürdürülebilir Polyol Sentezi
Bitki kaynaklı yağ asitleri, yani bitkisel yağlar, yaygın olarak bulunan ve yenilenebilir bir hammaddedir ve biyobazlı poliollerin ve poliüretanların hazırlanmasında kullanılabilir. Güç ultrasonunun uygulanması, transesterifikasyonun katalitik reaksiyonunu önemli ölçüde hızlandıran olumlu sonokimyasal etkiler yaratır. Ek olarak, sonikasyon, akustik kavitasyonun yoğun karıştırma enerjisi kütle transferi sınırlamasının üstesinden geldiğinden, sentezlenmiş poliollerin verimini arttırır. Ultrasonik transesterifikasyon reaksiyonlarının, geleneksel transesterifikasyon reaksiyonları olarak daha düşük alkol ve katalizör ile verimli bir şekilde çalıştığı iyi bilinmektedir. Bu, ultrasonikasyon ile gelişmiş bir genel verimliliğe yol açar.
Bir Pentaeritritol Ester Tabanlı Biyoyağlayıcının Ultrasonik Sentezi
Pentaeritritol ester, Arumugam araştırma ekibi tarafından gösterildiği gibi iki aşamalı sonokimyasal işlemle kolza tohumu yağından verimli bir şekilde sentezlenebilir. Optimizasyon çalışmalarında, araştırmacılar Hielscher ultrasonicator UP400St kullandılar (soldaki resme bakın). Sonokimyasal olarak teşvik edilen ilk transesterifikasyonda, kolza tohumu yağı metanol ile metil estere reaksiyona sokulmuştur. İkinci transesterifikasyon adımında, metil ester ksilen ve pentaeritritol estere bir katalizör ile reaksiyona girer. Araştırmacı, ultrason altında pentaeritritol ester sentezinin verimini ve genel verimliliğini artırmak için ultrasonik işlem parametrelerinin optimizasyonuna odaklandı. Pentaeritritol esterin% 81.4'ünün geliştirilmiş verimi, 15 s'lik bir ultrasonik darbe,% 60'lık bir ultrasonik genlik,% 1.5'lik bir katalizör konsantrasyonu ve 100 ° C'lik reaksiyon sıcaklığı ile gerçekleştirildi. Kalite kontrol için, sonokimyasal olarak sentezlenmiş pentaeritritol ester, sentetik sınıf kompresör yağı ile karşılaştırıldı. Sonuç olarak, çalışma, ultrasonik olarak teşvik edilen ardışık transesterifikasyon sürecinin, pentaeritritol ester bazlı biyoyağlayıcının sentezi için geleneksel ardışık transesterifikasyon sürecinin yerini almak için etkili bir yöntem olduğunu göstermektedir. Ultrasonik transesterifikasyon işleminin en büyük avantajları, pentaeritritol esterin veriminin artması, kısaltılmış reaksiyon süresi ve önemli ölçüde daha düşük reaksiyon sıcaklıklarıdır. (Bkz. Arumugam ve ark., 2019)
Ultrasonik Sentez yoluyla Pentanal Türetilmiş Asetal Esterler
Kurniawan'ın araştırma ekibi, yeşil kimya ilkelerini kullanan sonokimyasal yöntemle üç pentanal türevli asetal esteri sentezledi. Sonication iki kimyasal adımı teşvik etmek için kullanıldı:
- 9,10-dihidroksikoktadekanoik asidin esterifikasyonu
- Alkil 9,10-dihidroksikotadekanoatın asetalizasyonu
Alkil 9,10- dihidroksistearatın esterlerini üretmek için iki adım gereklidir ve% 67-85 verim elde edilmiştir. Etkinlik değerlendirmesi için sonokimyasal yöntem konvansiyonel reflü tekniği ile karşılaştırıldı. Ayrıca, çeşitli katalizörlerin etkisini ve verimliliğini belirlemek için homojen ve katı asit katalizörleri, yani sülfürik asit (H2SO4), doğal bentonit ve H-bentonit kullanılmıştır. H-bentonit tarafından katalize edilen asidin sonokimyasal esterleşmesinin, reflü yönteminden 3 kat daha kısa reaksiyon süresinde% 70'e kadar verim sağladığı bulunmuştur, bu da dikkat çekicidir. Ultrasonikasyon kullanarak H-bentonit varlığında n-pentanal ile son asetalizasyon adımı, geleneksel yöntemden daha yüksek olan% 69-85 verimde üç pentanal türevi dioksola türevi sağladı. Reflü yöntemi, ultrasonik sentez sadece 10-30 dakika gerektirdiğinden, sonokimyasal yöntemden daha uzun bir reaksiyon süresi gerektiriyordu. Sonikasyon altında önemli ölçüde daha kısa reaksiyon süresine ek olarak, sonokimyasal yöntem kullanılarak her esterin dikkate değer bir verimi elde edildi.
Araştırmacı ayrıca, sonokimyasal reaksiyonun enerji gereksinimlerinin geleneksel yöntemden yaklaşık 62 kat daha düşük olduğunu hesapladı. Bu, maliyetleri düşürür ve çevre dostudur.
Her bir ürünün fizikokimyasal özelliklerinin incelenmesi, metil 8-(2-bütil-5-oktil-1,3-dioksol-4-il)oktanoatın, ortak yağlayıcıların yerini alacak işlevlere sahip potansiyel bir yeni biyoyağlayıcı olduğunu ortaya koymuştur. (Bkz. Kurniawan ve ark., 2021)
Ultrason kullanarak Pentaeritril Esterlerin Transesterleştirilmesi
Pentaeritril esterler ayçiçeği, keten tohumu ve jatropha yağı gibi bitkisel yağlardan elde edilebilir. Hashem'in araştırma ekibi, iki transesterifikasyon adımını içeren ardışık baz katalizörlü transesterifikasyonlar yoluyla biyobazlı yağlayıcıların sentezini gösterdi. Ayçiçeği, keten tohumu ve jatropha yağı kullanarak sentezin fizibilitesini gösterdiler. İlk adımda, yağlar karşılık gelen metil esterlerine dönüştürüldü. İkinci süreçte, metil esterler, aşağıdaki şemada gösterildiği gibi pentaeritritolün etkisiyle pentaeritril esterlere dönüştürülmüştür: (cf. Hashem ve ark., 2013)
Ultrasonication transesterifikasyon üzerinde önemli reaksiyon arttırıcı etkileri bilimsel olarak kanıtlanmış ve zaten on yıllardan beri endüstriyel olarak benimsenmiştir. Ultrasonik olarak geliştirilmiş transesterifikasyon için en belirgin örnek, yağların ve katı yağların biyodizel olarak bilinen yağ asidi metil esterine (FAME) dönüştürülmesidir.
(Atığı) yağların ve katı yağların biyodizele ultrason destekli transesterifikasyonu hakkında daha fazla bilgi edinin!
Transesterifikasyon ve diğer Kimyasal Sentezler için Ultrasonik Problar ve Reaktörler
Hielscher Ultrasonics, sonokimyasal reaksiyonlar için sofistike yüksek performanslı ultrasonicators söz konusu olduğunda uzmanınızdır. Hielscher tasarlar, üretir ve problar (sonotrodlar), reaktörler ve akış hücreleri gibi yüksek güçlü ultrasonicators ve aksesuarları her boyutta dağıtır ve endüstriyel ölçekte kimyasal üretim tesislerinin yanı sıra kimyasal laboratuvarlar sağlar. Kompakt laboratuar ultrasonik cihazlardan endüstriyel ultrasonik problara ve reaktörlere kadar, Hielscher işleminiz için ideal ultrasonik sisteme sahiptir. Sono-kataliz ve sono-sentez gibi uygulamalarda uzun süreli deneyime sahip olan iyi eğitimli personelimiz, gereksinimleriniz için size en uygun kurulumu önerecektir.
Hielscher Ultrasonics, çok yüksek sağlamlığa sahip yüksek performanslı ultrasonik sistemler üretir ve tüm Hielscher endüstriyel ultrasonicators sürekli çalışmada (24/7) çok yüksek genlikler sunabilir beri yoğun ultrason dalgaları teslim edebilir. Sağlam ultrason sistemleri neredeyse hiç bakım gerektirmez ve çalışacak şekilde üretilmiştir. Bu, Hielscher ultrasonik ekipmanını zorlu koşullar altında ağır hizmet uygulamaları için güvenilir kılar. Yüksek sıcaklık veya çok sert kimyasallar için özel sonotrodlar da mevcuttur.
En Yüksek Kalite – Almanya'da Tasarlanan ve Üretilen: Tüm ekipmanlar Almanya'daki merkezimizde tasarlanmış ve üretilmiştir. Müşteriye teslim etmeden önce, her ultrasonik cihaz tam yük altında dikkatlice test edilir. Müşteri memnuniyeti için çalışıyoruz ve üretimimiz en yüksek kalite güvencesini (örneğin ISO belgelendirmesi) yerine getirmek için yapılandırılmıştır.
Aşağıdaki tablo size bizim ultrasonicators yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesidir:
|Numune Hacmi||Akış Oranı||Önerilen Cihaz|
|1 - 500mL||10 - 200mL/min||UP100H|
|10 - 2000mL||20 - 400mL/min||UP200Ht, UP400St|
|0,1 - 20L||0,2 - 4L/min||UIP2000hdT|
|10 - 100L||2 - 10L/min||Uıp4000hdt|
|n.a.||10 - 100L/min||UIP16000|
|n.a.||daha büyük||grubu UIP16000|
Bizimle iletişime geçin! / Bize sor!
Edebiyat / Referanslar
- 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
Bilinmesi Gereken Gerçekler
Polyol Sentez Yolları
Doğal yağ poliolleri (abbrev. NOP'ler) veya biyopolioller, bitkisel yağlardan elde edilen poliollerdir. Biyopoliolleri sentezlemek için birkaç farklı kimyasal yol mevcuttur. Biyopolioller esas olarak poliüretanların üretimi için hammadde olarak kullanılır, ancak aynı zamanda yağlayıcılar, elastomerler, yapıştırıcılar, suni deri ve kaplamalar gibi diğer ürünlerin üretimine de girer.
Bitkisel yağlardan poliol sentezi ile ilgili olarak epoksidasyon, transamidizasyon ve transesterifikasyon gibi çeşitli reaksiyon yöntemleri mevcuttur. Örneğin, kolza tohumu yağı bazlı polol, yağ asidi zincirlerindeki çift bağların kısmi epoksidasyonu ve dietilen glikol kullanılarak genel olarak açılan oksiran halkaları ile sentezlenebilir. Bitkisel trigliseritlerin ester bağlarının transamidizasyonu ve transesterifikasyonu, sırasıyla dietanolamin ve trietanolamin kullanılarak çalıştırılabilir.