Молекулярне сито — це матеріал з порами (дуже маленькими отворами) однакового розміру

Молекулярне сито — це матеріал з порами (дуже маленькими отворами) однакового розміру. Ці діаметри пор подібні за розміром до малих молекул, і тому великі молекули не можуть увійти або бути адсорбованими, тоді як менші молекули можуть. Оскільки суміш молекул мігрує через нерухомий шар пористої напівтвердої речовини, який називають ситом (або матрицею), компоненти з найвищою молекулярною масою (які не можуть пройти в молекулярні пори) залишають шар першими, а потім послідовно менші молекули. Деякі молекулярні сита використовуються в ексклюзійній хроматографії, методі розділення, який сортує молекули на основі їх розміру. Інші молекулярні сита використовуються як осушувачі (деякі приклади включають активоване вугілля та силікагель).
Діаметр пор молекулярного сита вимірюється в ангстремах (Å) або нанометрах (нм). Згідно з нотацією IUPAC, мікропористі матеріали мають діаметр пор менше 2 нм (20 Å), а макропористі матеріали мають діаметр пор більше 50 нм (500 Å); Таким чином, мезопориста категорія знаходиться посередині з діаметром пор від 2 до 50 нм (20–500 Å).
Матеріали
Молекулярні сита можуть бути мікропористими, мезопористими або макропористими матеріалами.
Мікропористий матеріал (
●Цеоліти (алюмосилікатні мінерали, не плутати з силікатами алюмінію)
●Цеоліт LTA: 3–4 Å
●Пористе скло: 10 Å (1 нм) і більше
●Активне вугілля: 0–20 Å (0–2 нм) і вище
●Глини
●Монморилонітові суміші
●Галуазит (енделіт): зустрічаються дві поширені форми: у гідратованій глині ​​відстань між шарами становить 1 нм, а в дегідратованому (мета-галлоазит) відстань становить 0,7 нм. Галлуазит у природі зустрічається у вигляді невеликих циліндрів із середнім діаметром 30 нм із довжиною від 0,5 до 10 мікрометрів.
Мезопористий матеріал (2–50 нм)
Діоксид кремнію (використовується для виготовлення силікагелю): 24 Å (2,4 нм)
Макропористий матеріал (>50 нм)
Макропористий кремнезем, 200–1000 Å (20–100 нм)
Програми[ред.]
Молекулярні сита часто використовуються в нафтовій промисловості, особливо для сушіння газових потоків. Наприклад, у промисловості зрідженого природного газу (СПГ) вміст води в газі потрібно зменшити до менше ніж 1 ppmv, щоб запобігти засміченню, спричиненому льодом або клатратом метану.
У лабораторії для сушіння розчинника використовують молекулярні сита. «Сита» довели свою перевагу перед традиційними методами сушіння, які часто використовують агресивні осушувачі.
Під терміном цеоліти молекулярні сита використовуються для широкого спектру каталітичних застосувань. Вони каталізують ізомеризацію, алкілування та епоксидування та використовуються у великомасштабних промислових процесах, включаючи гідрокрекінг і флюїд-каталітичний крекінг.
Вони також використовуються для фільтрації подачі повітря для дихальних апаратів, наприклад, тих, які використовують аквалангісти та пожежники. У таких застосуваннях повітря подається повітряним компресором і пропускається через картриджний фільтр, який, залежно від застосування, заповнюється молекулярним ситом та/або активованим вугіллям, нарешті використовується для зарядки резервуарів повітря для дихання. Така фільтрація може видалити частинки і продукти вихлопу компресора з подачі дихального повітря.
Схвалення FDA.
Станом на 1 квітня 2012 року FDA США схвалило алюмосилікат натрію для прямого контакту з витратними матеріалами відповідно до 21 CFR 182.2727. До цього схвалення Європейський Союз використовував молекулярні сита з фармацевтичними препаратами, і незалежне тестування показало, що молекулярні сита відповідають усім державним вимогам, але галузь не бажала фінансувати дороге тестування, необхідне для схвалення уряду.
Регенерація
Методи регенерації молекулярних сит включають зміну тиску (як у кисневих концентраторах), нагрівання та продування газом-носієм (як при використанні в дегідратації етанолу) або нагрівання під високим вакуумом. Температури регенерації коливаються від 175 °C (350 °F) до 315 °C (600 °F) залежно від типу молекулярного сита. Навпаки, силікагель можна регенерувати, нагрівши його у звичайній духовці до 120 °C (250 °F) протягом двох годин. Однак деякі типи силікагелю «лопнуть» під дією достатньої кількості води. Це викликано руйнуванням кремнеземних сфер під час контакту з водою.

Модель	Діаметр пор (Ångström)	Насипна щільність (г/мл)	Адсорбована вода (% мас./мас)	Потертість або стирання, W(% мас./мас.)	Використання
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	десикаціязкрекінг нафтигазу та алкенів, селективна адсорбція H2O візольоване скло (IG)і поліуретану, сушка оетанолове паливодля змішування з бензином.
4Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Адсорбція води валюмосилікат натріюякий схвалений FDA (дивнижче) використовується як молекулярне сито в медичних контейнерах для збереження вмісту сухим і якхарчова добавкаматиЕ-номерЕ-554 (антизлежувач); Переважний для статичної дегідратації в закритих рідинних або газових системах, наприклад, в упаковці ліків, електричних компонентів і швидкопсувних хімікатів; поглинання води в системах друку та пластмас і сушіння потоків насичених вуглеводнів. Адсорбовані види включають SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 і C3H6. Зазвичай вважається універсальним осушувачем у полярних і неполярних середовищах;[12]відокремленняприродний газіалкени, адсорбція води в нечутливих до азотуполіуретан
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Знежирення та зниження температури застиганняавіації гасідизель, і розділення алкенів
5Å малий збагачений киснем	5	0,4–0,8	≥23		Спеціально розроблений для медичного чи здорового генератора кисню[потрібна цитата]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Осушення та очищення повітря;зневодненняідесульфураціяприродного газу тазріджений нафтовий газ;кисеньіводеньвиробництво поадсорбція коливання тискупроцес
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Високоефективна сорбція, яка використовується для осушення, зневуглецювання, десульфурації газів і рідин і розділенняароматичний вуглеводень
13X	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Осушення, десульфурація та очищення нафтового та природного газу
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Зневуглецюванняі сушіння в промисловості розділення повітря, відділення азоту від кисню в кисневих концентраторах
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Підсолоджування(видаленнятіоли) завіаційне паливоі відповіднийрідкі вуглеводні

Адсорбційні здібності

3Å

Приблизна хімічна формула: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3• 2 SiO2 • 9/2 H2O

Співвідношення кремнезем-глинозем: SiO2/ Al2O3≈2

виробництво

3A молекулярні сита утворюються шляхом катіонного обмінукаліюдлянатріюу молекулярних ситах 4A (див. нижче)

Використання

Молекулярні сита 3Å не адсорбують молекули, діаметр яких перевищує 3 Å. Характеристики цих молекулярних сит включають швидку швидкість адсорбції, здатність до частої регенерації, гарну стійкість до роздавлювання тастійкість до забруднень. Ці функції можуть покращити як ефективність, так і термін служби сита. Молекулярні сита 3Å є необхідним осушувачем у нафтовій та хімічній промисловості для очищення нафти, полімеризації та хімічного глибокого сушіння газ-рідина.

Молекулярні сита 3Å використовуються для сушіння ряду матеріалів, таких якетанол, повітря,холодоагенти,природний газіненасичені вуглеводні. До останніх відносять крекінг-газ,ацетилен,етилен,пропіленібутадієн.

Молекулярне сито 3Å використовується для видалення води з етанолу, який пізніше можна використовувати безпосередньо як біопаливо або опосередковано для виробництва різних продуктів, таких як хімікати, продукти харчування, фармацевтичні препарати тощо. Оскільки звичайна дистиляція не може видалити всю воду (небажаний побічний продукт виробництва етанолу) з технологічних потоків етанолу через утворенняазеотропПри концентрації приблизно 95,6% за вагою кульки молекулярного сита використовуються для розділення етанолу та води на молекулярному рівні, адсорбуючи воду в кульки та дозволяючи етанолу вільно проходити. Коли кульки наповнюються водою, температурою або тиском можна маніпулювати, дозволяючи воді вивільнитися з кульок молекулярного сита.[15]

Молекулярні сита 3Å зберігають при кімнатній температурі, при відносній вологості повітря не більше 90%. Вони герметичні під зниженим тиском, зберігаються подалі від води, кислот і лугів.

4Å

Хімічна формула: Na2O•Al2O3•2SiO2•9/2H2O

Співвідношення кремній-алюміній: 1:1 (SiO2/Al2O3≈2)

виробництво

Виробництво сита 4Å відносно просте, оскільки воно не вимагає ні високого тиску, ні особливо високих температур. Зазвичай це водні розчинисилікат натріюіалюмінат натріюз'єднуються при 80 °C. Продукт, просочений розчинником, «активується» шляхом «випікання» при 400 °C. Сита 4A служать попередником для сит 3A та 5A черезкатіонний обмінзнатріюдлякалію(для 3А) абокальцій(для 5А)

Використання

Сушильні розчинники

Молекулярні сита 4Å широко використовуються для сушіння лабораторних розчинників. Вони можуть поглинати воду та інші молекули з критичним діаметром менше 4 Å, такі як NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 і C2H4. Вони широко використовуються в сушінні, рафінуванні та очищенні рідин і газів (наприклад, отримання аргону).

 

Добавки поліефірного агента [редагувати]

Ці молекулярні сита використовуються як допоміжні мийні засоби, оскільки вони можуть продукувати демінералізовану водукальційіонний обмін, видалення та запобігання відкладенню бруду. Вони широко використовуються для замінифосфор. Молекулярне сито 4Å відіграє важливу роль у заміні триполіфосфату натрію як допоміжного засобу для миття, щоб пом’якшити вплив миючого засобу на навколишнє середовище. Його також можна використовувати якмилоутворювач і взубна паста.

Переробка шкідливих відходів

Молекулярні сита 4Å можуть очищати стічні води від катіонних видів, таких якамонійіони Pb2+, Cu2+, Zn2+ і Cd2+. Завдяки високій селективності до NH4+ вони успішно застосовуються в польових умовах для боротьбиевтрофікаціята інші ефекти у водних шляхах через надмірну кількість іонів амонію. Молекулярні сита 4Å також використовувалися для видалення іонів важких металів, присутніх у воді внаслідок промислової діяльності.

Інші цілі

Theметалургійна промисловість: роздільний агент, сепарація, екстракція розсолу калію,рубідій,цезіюі т.д.

Нафтохімічна промисловість,каталізатор,осушувач, адсорбент

Сільське господарство:кондиціонер грунту

Медицина: завантажити сріблоцеолітантибактеріальний засіб.

5Å

Хімічна формула: 0,7CaO•0,30Na2O•Al2O3•2,0SiO2 •4,5H2O

Співвідношення кремнезем-глинозем: SiO2/ Al2O3≈2

виробництво

Молекулярні сита 5A утворюються шляхом катіонного обмінукальційдлянатріюу молекулярних ситах 4A (див. вище)

Використання

П'ять-ångström(5Å) молекулярні сита часто використовуються внафтапромисловості, особливо для очищення газових потоків і в хімічній лабораторії для розділеннясполукиі вихідні матеріали реакції сушіння. Вони містять крихітні пори точного та рівномірного розміру і в основному використовуються як адсорбент для газів і рідин.

Для сушіння використовуються молекулярні сита 5 ангстремприродний газпоряд із виконаннямдесульфураціяідекарбонізаціягазу. Вони також можуть бути використані для відділення сумішей кисню, азоту та водню, а також нафтово-парафінових n-вуглеводнів від розгалужених і поліциклічних вуглеводнів.

Молекулярні сита 5 ангстремів зберігаються при кімнатній температурі з aвідносна вологістьменше 90% в картонних бочках або картонній упаковці. Молекулярні сита не повинні піддаватися безпосередньому впливу повітря та води, слід уникати кислот і лугів.

Морфологія молекулярних сит

Молекулярні сита доступні в різноманітних формах і розмірах. Але сферичні кульки мають перевагу перед іншими формами, оскільки вони забезпечують менший перепад тиску, стійкі до стирання, оскільки не мають гострих країв, і мають хорошу міцність, тобто сила роздавлення, необхідна на одиницю площі, є вищою. Певні гранульовані молекулярні сита пропонують меншу теплоємність, тому менші потреби в енергії під час регенерації.

Інша перевага використання бісерних молекулярних сит полягає в тому, що насипна щільність зазвичай вища, ніж інша форма, тому для тих же вимог адсорбції необхідний об’єм молекулярного сита менший. Таким чином, під час усунення вузьких місць можна використовувати гранульовані молекулярні сита, завантажувати більше адсорбенту в тому самому об’ємі та уникати будь-яких модифікацій посудини.