Молекулярното сито е материал с пори (много малки отвори) с еднакъв размер

Молекулярното сито е материал с пори (много малки отвори) с еднакъв размер. Диаметрите на тези пори са подобни по размер на малките молекули и по този начин големите молекули не могат да влязат или да бъдат адсорбирани, докато по-малките молекули могат. Докато смес от молекули мигрира през неподвижния слой от поресто, полутвърдо вещество, наричано сито (или матрица), компонентите с най-високо молекулно тегло (които не са в състояние да преминат в молекулярните пори) напускат слоя първи, последвани от последователно по-малки молекули. Някои молекулярни сита се използват в хроматография с изключване по размер, техника за разделяне, която сортира молекулите въз основа на техния размер. Други молекулярни сита се използват като десиканти (някои примери включват активен въглен и силикагел).
Диаметърът на порите на молекулното сито се измерва в ангстрьоми (Å) или нанометри (nm). Според нотацията на IUPAC, микропорестите материали имат диаметър на порите по-малък от 2 nm (20 Å), а макропорестите материали имат диаметър на порите по-голям от 50 nm (500 Å); мезопорестата категория следователно се намира в средата с диаметър на порите между 2 и 50 nm (20–500 Å).
Материали
Молекулярните сита могат да бъдат микропорест, мезопорест или макропорест материал.
Микропорест материал (
●Зеолити (алуминосиликатни минерали, да не се бъркат с алуминиев силикат)
●LTA на зеолита: 3–4 Å
●Поресто стъкло: 10 Å (1 nm) и нагоре
●Активен въглен: 0–20 Å (0–2 nm) и нагоре
●Глини
●Смеси от монтморилонит
●Халоазит (енделит): Срещат се две често срещани форми – когато е хидратирана, глината показва разстояние между слоевете от 1 nm, а когато е дехидратирана (мета-халоазит), разстоянието е 0,7 nm. Халоазитът се среща естествено като малки цилиндри със среден диаметър 30 ​​nm и дължина между 0,5 и 10 микрометра.
Мезопорест материал (2–50 nm)
Силициев диоксид (използван за направата на силикагел): 24 Å (2,4 nm)
Макропорест материал (>50 nm)
Макропорест силициев диоксид, 200–1000 Å (20–100 nm)
Приложения[редактиране]
Молекулярните сита често се използват в петролната промишленост, особено за изсушаване на газови потоци. Например, в индустрията за втечнен природен газ (LNG), съдържанието на вода в газа трябва да бъде намалено до по-малко от 1 ppmv, за да се предотвратят запушвания, причинени от лед или метан клатрат.
В лабораторията молекулярните сита се използват за изсушаване на разтворителя. „Ситата“ са се доказали като по-добри от традиционните техники за сушене, които често използват агресивни десиканти.
Под термина зеолити, молекулните сита се използват за широк спектър от каталитични приложения. Те катализират изомеризация, алкилиране и епоксидиране и се използват в мащабни промишлени процеси, включително хидрокрекинг и флуидно-каталитичен крекинг.
Те се използват и за филтриране на въздух за дихателни апарати, например такива, използвани от водолази и пожарникари. В такива приложения въздухът се подава от въздушен компресор и преминава през картридж филтър, който, в зависимост от приложението, е запълнен с молекулно сито и/или активен въглен, като накрая се използва за зареждане на резервоари с въздух за дишане. Такава филтрация може да премахне частици и продукти от отработените газове на компресора от подавания въздух за дишане.
Одобрение от FDA.
От 1 април 2012 г. Американската агенция по храните и лекарствата (FDA) одобри натриев алуминосиликат за директен контакт с консумативи съгласно 21 CFR 182.2727. Преди това одобрение Европейският съюз използваше молекулярни сита с фармацевтични продукти и независими тестове показаха, че молекулярните сита отговарят на всички правителствени изисквания, но индустрията не желаеше да финансира скъпите тестове, необходими за правителствено одобрение.
Регенерация
Методите за регенериране на молекулни сита включват промяна на налягането (както в кислородните концентратори), нагряване и продухване с газ-носител (както при дехидратация на етанол) или нагряване под висок вакуум. Температурите на регенерация варират от 175 °C (350 °F) до 315 °C (600 °F) в зависимост от вида на молекулното сито. За разлика от това, силициевият гел може да се регенерира чрез нагряване в обикновена фурна до 120 °C (250 °F) в продължение на два часа. Някои видове силициев гел обаче ще „пукат“, когато са изложени на достатъчно вода. Това се дължи на счупване на силициевите сфери при контакт с водата.

Модел	Диаметър на пората (Ангстрьом)	Обемна плътност (g/ml)	Адсорбирана вода (% тегловни)	Износване или абразия, W(% тегловни)	Употреба
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Изсушаванеоткрекинг на петролгаз и алкени, селективна адсорбция на H2O визолирано стъкло (IG)и полиуретан, сушене наетанолово горивоза смесване с бензин.
4Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Адсорбция на вода внатриев алуминосиликаткойто е одобрен от FDA (вижтепо-долу) използва се като молекулярно сито в медицински контейнери, за да се запази съдържанието сухо и катохранителна добавкаимащЕ-номерE-554 (антислепващ агент); Предпочитан за статична дехидратация в затворени течни или газови системи, напр. в опаковки на лекарства, електрически компоненти и нетрайни химикали; за отстраняване на вода в печатарски и пластмасови системи и за сушене на наситени въглеводородни потоци. Адсорбираните вещества включват SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 и C3H6. Обикновено се счита за универсален изсушаващ агент в полярни и неполярни среди;[12]разделяне наприроден газиалкени, адсорбция на вода в нечувствителни към азотполиуретан
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Обезмасляване и понижаване на точката на течливоставиация керосинидизели разделяне на алкени
5Å малък, обогатен с кислород	5	0,4–0,8	≥23		Специално проектиран за медицински или здравословен генератор на кислороднеобходим е цитат]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Изсушаване и пречистване на въздуха;дехидратацияидесулфуризацияприроден газ итечен нефтен газ;кислородиводородпроизводство отадсорбция с колебания на наляганетопроцес
10 пъти	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Високоефективна сорбция, използвана при десикация, обезвъглеродяване, десулфуриране на газове и течности и разделяне наароматен въглеводород
13 пъти	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Десикация, десулфуризация и пречистване на нефтен газ и природен газ
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Декарбонизацияи десикация в индустрията за разделяне на въздух, отделяне на азот от кислород в кислородни концентратори
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Подслаждане(премахване натиоли) отавиационно горивои съответстващитечни въглеводороди

Адсорбционни възможности

3Å

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

Съотношение силициев диоксид-алуминиев оксид: SiO2/ Al2O3 ≈2

Производство

Молекулярните сита 3А се произвеждат чрез катионен обмен накалийзанатрийв 4A молекулни сита (вижте по-долу)

Употреба

Молекулярните сита с размер на отвора 3 Å не адсорбират молекули, чиито диаметри са по-големи от 3 Å. Характеристиките на тези молекулни сита включват бърза скорост на адсорбция, честа способност за регенерация, добра устойчивост на смачкване и...устойчивост на замърсяванеТези характеристики могат да подобрят както ефективността, така и живота на ситото. Молекулярните сита с размер на отворите 3Å са необходимият десикант в петролната и химическата промишленост за рафиниране на петрол, полимеризация и дълбоко сушене на газ-течност.

Молекулярните сита с размер на порите 3Å се използват за сушене на редица материали, като напримеретанол, въздух,хладилни агенти,природен газиненаситени въглеводородиПоследните включват крекинг газ,ацетилен,етилен,пропиленибутадиен.

Молекулярно сито с размер на порите 3Å се използва за отстраняване на вода от етанол, който по-късно може да се използва директно като биогориво или индиректно за производството на различни продукти като химикали, храни, фармацевтични продукти и други. Тъй като нормалната дестилация не може да отстрани цялата вода (нежелан страничен продукт от производството на етанол) от потоците от процеса на производство на етанол поради образуването на...азеотропПри концентрация от около 95,6 тегловни процента, молекулярните сита се използват за разделяне на етанол и вода на молекулярно ниво чрез адсорбиране на водата в перлите и позволяване на етанола да преминава свободно. След като перлите се напълнят с вода, температурата или налягането могат да се манипулират, което позволява на водата да се освободи от молекулярните сита.[15]

Молекулярните сита с размер на порция 3Å се съхраняват при стайна температура, с относителна влажност не повече от 90%. Те са запечатани под намалено налягане, като се пазят от вода, киселини и основи.

4Å

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

Съотношение силиций-алуминий: 1:1 (SiO2/ Al2O3≈2)

Производство

Производството на сито с размер на отворите 4Å е сравнително лесно, тъй като не изисква нито високо налягане, нито особено високи температури. Обикновено водни разтвори нанатриев силикатинатриев алуминатсе комбинират при 80 °C. Продуктът, импрегниран с разтворител, се „активира“ чрез „изпичане“ при 400 °C. Ситата 4A служат като предшественик на ситата 3A и 5A чрезкатионен обменотнатрийзакалий(за 3А) иликалций(за 5А)

Употреба

Сушещи разтворители

Молекулярните сита с размер на порите 4 Å се използват широко за изсушаване на лабораторни разтворители. Те могат да абсорбират вода и други молекули с критичен диаметър по-малък от 4 Å, като NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 и C2H4. Те се използват широко при сушенето, рафинирането и пречистването на течности и газове (като например приготвянето на аргон).

 

Добавки от полиестерни агентиредактиране]

Тези молекулярни сита се използват за подпомагане на детергентите, тъй като могат да произвеждат деминерализирана вода чрезкалциййонен обмен, премахват и предотвратяват отлагането на замърсявания. Те се използват широко за заместванефосфорМолекулярното сито 4Å играе основна роля в заместването на натриевия триполифосфат като спомагателно средство за детергенти, за да се смекчи въздействието му върху околната среда. То може да се използва и като...сапунформиращ агент и впаста за зъби.

Третиране на вредни отпадъци

Молекулярните сита 4Å могат да пречистват отпадъчни води от катионни видове, като напримерамониййони, Pb2+, Cu2+, Zn2+ и Cd2+. Поради високата селективност за NH4+, те са успешно приложени в полеви условия за борба сеутрофикацияи други ефекти във водните пътища поради прекомерни амониеви йони. Молекулярни сита с размер на порите 4Å също са използвани за отстраняване на тежки метални йони, присъстващи във водата поради промишлени дейности.

Други цели

Theметалургичната промишленостразделящ агент, разделяне, екстракция на калиев саламура,рубидий,цезийи др.

Нефтохимическа промишленост,катализатор,десикант, адсорбент

Земеделие:подобрител на почвата

Медицина: зареждане със среброзеолитантибактериален агент.

5Å

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

Съотношение силициев диоксид-алуминиев оксид: SiO2/ Al2O3 ≈2

Производство

Молекулярните сита 5А се произвеждат чрез катионен обменкалцийзанатрийв 4A молекулни сита (виж по-горе)

Употреба

Пет-Ангстрьом(5Å) молекулярни сита често се използват впетролпромишлеността, особено за пречистване на газови потоци и в химическа лаборатория за разделянесъединенияи изходни материали за реакция на сушене. Те съдържат малки пори с прецизен и равномерен размер и се използват главно като адсорбент за газове и течности.

Молекулярните сита с размер пет Ångström се използват за сушенеприроден газ, заедно с изпълнениетодесулфуризацияидекарбонизацияна газа. Те могат да се използват и за отделяне на смеси от кислород, азот и водород, както и на n-въглеводороди от масло-восък от разклонени и полициклични въглеводороди.

Молекулярните сита с размер пет Ångström се съхраняват при стайна температура, с...относителна влажностпо-малко от 90% в картонени бъчви или картонени опаковки. Молекулярните сита не трябва да бъдат директно изложени на въздух и вода, киселини и основи трябва да се избягват.

Морфология на молекулните сита

Молекулярните сита се предлагат в различни форми и размери. Но сферичните перли имат предимство пред другите форми, тъй като предлагат по-нисък пад на налягането, устойчиви са на износване, тъй като нямат остри ръбове, и имат добра якост, т.е. силата на смачкване, необходима за единица площ, е по-висока. Някои перлени молекулни сита предлагат по-нисък топлинен капацитет, следователно по-ниски енергийни изисквания по време на регенерация.

Другото предимство на използването на мънисти молекулни сита е, че насипната им плътност обикновено е по-висока от тази на други форми, следователно за същите изисквания за адсорбция е необходим по-малък обем на молекулното сито. По този начин, при премахване на пречките, може да се използват мънисти молекулни сита, да се зареди повече адсорбент в същия обем и да се избегнат модификации на съда.