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

Молекулярното сито е материал с пори (много малки дупки) с еднакъв размер.Тези диаметри на порите 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.Тъй като смес от молекули мигрира през неподвижния слой от поресто, полутвърдо вещество, наричано сито (или матрица), компонентите с най-високо молекулно тегло (които не могат да преминат в молекулните пори) напускат слоя първи, последвано 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 молекулярното сито се измерва в ångströms (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);по този начин мезопорестата категория се намира в средата с диаметри на порите между 2 и 50 nm (20–500 Å).
Материали
Молекулярните сита могат да бъдат микропорест, мезопорест или макропорест материал.
Микропорест материал (
●Зеолити (алумосиликатни минерали, да не се бъркат с алуминиев силикат)
●Зеолит LTA: 3–4 Å
●Поресто стъкло: 10 Å (1 nm) и нагоре
●Активен въглен: 0–20 Å (0–2 nm) и нагоре
●Глини
●Монморилонит се смесва
●Халоизит (енделит): Срещат се две често срещани форми, когато е хидратирана, глината показва 1 nm разстояние между слоевете и когато е дехидратирана (мета-халоизит) разстоянието е 0,7 nm.Халоазитът естествено се среща като малки цилиндри със среден диаметър 30 ​​nm с дължини между 0,5 и 10 микрометра.
Мезопорест материал (2–50 nm)
Силициев диоксид (използван за производство 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 промишлеността 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 метанов клатрат.
В лабораторията се използват молекулярни сита за изсушаване на разтворителя.„Ситата“ се оказаха по-добри от традиционните техники за сушене, които често използват агресивни десиканти.
Под термина зеолити молекулярните сита се използват за широк спектър от каталитични приложения.Те катализират изомеризацията, алкилирането и епоксидирането и се използват в широкомащабни промишлени процеси, включително хидрокрекинг и течен каталитичен крекинг.
Те се използват и при филтриране на въздушни запаси за дихателни апарати, например тези, използвани от водолази и пожарникари.В такива приложения въздухът се доставя от въздушен компресор и преминава през патронен филтър, който в зависимост от приложението се пълни с молекулно сито и/или активен въглен, като накрая се използва за зареждане на резервоарите за въздух за дишане. Такова филтриране може да премахне частиците и изгорелите продукти на компресора от подавания въздух за дишане.
Одобрение от FDA.
От 1 април 2012 г. FDA на САЩ е одобрила натриев алумосиликат за директен контакт с консумативи под 21 CFR 182.2727. Преди това одобрение Европейският съюз е използвал молекулярни сита с фармацевтични продукти и независимо тестване предполага, че молекулярните сита отговарят на всички правителствени изисквания, но индустрията не желаеше да финансира скъпите тестове, необходими за одобрение от правителството.
Регенерация
Методите за регенериране на молекулярни сита включват промяна на налягането (както в кислородните концентратори), нагряване и продухване с носещ газ (както когато се използва при дехидратиране на етанол) или нагряване под висок вакуум.Температурите на регенериране варират от 175 °C (350 °F) до 315 °C (600 °F) в зависимост от типа на молекулярното сито.За разлика от това, силикагелът може да се регенерира чрез нагряване в обикновена фурна до 120 °C (250 °F) за два часа.Въпреки това, някои видове силикагел ще "изскочат", когато са изложени на достатъчно вода.Това се дължи на счупване на силициевите сфери при контакт с водата.

Модел	Диаметър на порите (Ангстрьом)	Насипна плътност (g/ml)	Адсорбирана вода (% w/w)	Изтриване или абразия, W(% w/w)	Използване
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Изсушаваненапетролен крекинггаз 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 алумосиликаткойто е одобрен от FDA (вжПо-долу), използван като молекулярно сито в медицински контейнери, за да запази съдържанието сухо и катохранителна добавкаимайкиЕ-номерЕ-554 (антислепващ агент);Предпочитан за статична дехидратация в затворени течни или газови системи, например при опаковане на лекарства, електрически компоненти и нетрайни химикали;отстраняване на вода в печатни и пластмасови системи и изсушаване на наситени въглеводородни потоци.Адсорбираните видове включват SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 и C3H6.Обикновено се счита за универсален изсушаващ агент в полярни и неполярни среди;[12]отделяне 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 течливост наавиация керосинидизели разделяне на алкени
5Å малък, обогатен с кислород	5	0,4–0,8	≥23		Специално проектиран за медицински или здравословен генератор на кислород[необходимо е цитиране]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Изсушаване и пречистване на въздуха;обезводняванеидесулфуризацияна природен газ итечен нефтен газ;кислородиводородпроизводство отадсорбция при промяна на наляганетопроцес
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Високоефективна сорбция, използвана при изсушаване, обезвъглеродяване, десулфуризация на газ и течности и отделяне наароматен въглеводород
13X	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Изсушаване, десулфуриране и пречистване на петролен и природен газ
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Обезвъглеродяванеи изсушаване в индустрията за разделяне на въздуха, отделяне на азот от кислород в кислородни концентратори
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Подслаждане(премахване натиоли) наавиационно горивои съответстващитечни въглеводороди

Адсорбционни способности

3Å

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

Съотношение силициев двуалуминий: SiO2/ Al2O3≈2

производство

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

Използване

3Å молекулярните сита не адсорбират молекули, чиито диаметри са по-големи от 3 Å.Характеристиките на тези молекулярни сита включват бърза скорост на адсорбция, способност за честа регенерация, добра устойчивост на смачкване иустойчивост на замърсяване.Тези характеристики могат да подобрят както ефективността, така и живота на ситото.3Å молекулярните сита са необходимият десикант в петролната и химическата промишленост за рафиниране на нефт, полимеризация и химическо изсушаване газ-течност в дълбочина.

Молекулярните сита 3Å се използват за изсушаване на редица материали, като напретанол, въздух,хладилни агенти,природен газиненаситени въглеводороди.Последните включват крекинг газ,ацетилен,етилен,пропилейибутадиен.

Молекулярното сито 3Å се използва за отстраняване на вода от етанол, който по-късно може да се използва директно като биогориво или индиректно за производство на различни продукти като химикали, храни, фармацевтични продукти и др.Тъй като нормалната дестилация не може да отстрани цялата вода (нежелан страничен продукт от производството на етанол) от потоците от процеса на етанол поради образуването наазеотроппри около 95,6% тегловна концентрация, зърната с молекулярно сито се използват за разделяне на етанол и вода на молекулярно ниво чрез адсорбиране на водата в зърната и позволяване на етанола да преминава свободно.След като зърната са пълни с вода, температурата или налягането могат да бъдат манипулирани, което позволява на водата да бъде освободена от зърната на молекулярното сито.[15]

Молекулярните сита 3Å се съхраняват при стайна температура, с относителна влажност не повече от 90%.Те са запечатани при понижено 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 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 обменнанатрийзакалий(за 3A) иликалций(за 5A)

Използване

Изсушаващи разтворители

Молекулярните сита 4Å 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 в сушенето, рафинирането и пречистването на течности и газове (като получаването на аргон).

 

Полиестерни добавки [редактиране]

Тези молекулярни сита се използват за подпомагане на детергентите, тъй като могат да произвеждат деминерализирана водакалциййонен обмен, премахване и предотвратяване на отлагането на мръсотия.Те се използват широко за замянафосфор.Молекулярното сито 4Å играе основна роля за заместване на натриевия триполифосфат като помощно средство за детергент, за да се смекчи въздействието на детергента върху околната среда.Може да се използва и катосапунобразуващ агент и впаста за зъби.

Третиране на вредни отпадъци

4Å молекулярните сита могат да пречистват канализацията от катионни видове катоамониййони, Pb2+, Cu2+, Zn2+ и Cd2+.Благодарение на високата си селективност към NH4+ те успешно се прилагат в полето за борбаеутрофикацияи други ефекти във водните пътища, дължащи се на прекомерни амониеви йони.Молекулярните сита 4Å също са използвани за отстраняване на йони на тежки метали, присъстващи във водата поради промишлени дейности.

Други цели

Theметалургична индустрия: разделящ агент, сепарация, екстракция на калий в саламура,рубидий,цезийи т.н.

нефтохимическата промишленост,катализатор,десикант, адсорбент

Селско стопанство:подобрител на почвата

Лекарство: заредете среброзеолитантибактериално средство.

5Å

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

Съотношение силициев двуалуминий: SiO2/ Al2O3≈2

производство

5A молекулни сита се произвеждат чрез катионен обмен накалцийзанатрийв 4A молекулярни сита (вижте по-горе)

Използване

пет-ångström(5Å) молекулярните сита често се използват впетролпромишленост, особено за пречистване на газови потоци и в химическата лаборатория за разделянесъединенияи изходни материали за реакция на сушене.Те съдържат малки пори с точен и еднакъв размер и се използват главно като адсорбент за газове и течности.

За изсушаване се използват молекулярни сита с пет ангстрьомаприроден газ, заедно с изпълнениетодесулфуризацияидекарбонизацияна газа.Те могат също така да се използват за разделяне на смеси от кислород, азот и водород и маслено-восъчни n-въглеводороди от разклонени и полициклични въглеводороди.

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

Морфология на молекулните сита

Молекулярните сита се предлагат в различни форми и размери.Но сферичните зърна имат предимство пред другите форми, тъй като предлагат по-нисък спад на налягането, устойчиви са на триене, тъй като нямат остри ръбове, и имат добра якост, т.е. необходимата сила на смачкване на единица площ е по-висока.Някои гранулирани молекулярни сита предлагат по-нисък топлинен капацитет, следователно по-ниски енергийни изисквания по време на регенерация.

Другото предимство на използването на перлисти молекулярни сита е, че насипната плътност обикновено е по-висока от друга форма, така че за същото изискване за адсорбция необходимият обем на молекулярното сито е по-малък.По този начин, докато се премахва тесното място, може да се използват молекулярни сита с перли, да се зареди повече адсорбент в същия обем и да се избегнат всякакви модификации на съда.