Molekulinis sietas yra medžiaga su vienodo dydžio poromis (labai mažomis skylutėmis). Šių porų skersmenys yra panašaus dydžio kaip ir mažų molekulių, todėl didelės molekulės negali patekti į vidų ar būti adsorbuotos, o mažesnės molekulės gali. Molekulių mišiniui migruojant per nejudantį porėtos, pusiau kietos medžiagos sluoksnį, vadinamą sietu (arba matrica), pirmiausia iš sluoksnio paliekami didžiausios molekulinės masės komponentai (kurie negali patekti į molekulių poras), o po to – mažesnės molekulės. Kai kurie molekuliniai sietai naudojami dydžio išskyrimo chromatografijoje – atskyrimo technikoje, kuri rūšiuoja molekules pagal jų dydį. Kiti molekuliniai sietai naudojami kaip sausikliai (kai kurie pavyzdžiai: aktyvuota anglis ir silikagelis).
Molekulinio sieto porų skersmuo matuojamas ångströmais (Å) arba nanometrais (nm). Pagal IUPAC žymėjimą, mikroporingų medžiagų porų skersmuo yra mažesnis nei 2 nm (20 Å), o makroporingų medžiagų – didesnis nei 50 nm (500 Å); taigi mezoporinių medžiagų kategorija yra viduryje, kai porų skersmuo yra nuo 2 iki 50 nm (20–500 Å).
Medžiagos
Molekuliniai sietai gali būti mikroporinės, mezoporinės arba makroporinės medžiagos.
Mikroporinė medžiaga (
●Ceolitai (aliuminio silikato mineralai, nepainioti su aliuminio silikatu)
●Ceolito LTA: 3–4 Å
●Akytas stiklas: 10 Å (1 nm) ir daugiau
●Aktyvuota anglis: 0–20 Å (0–2 nm) ir daugiau
●Molis
●Montmorilonito mišiniai
● Halozitas (endelitas): randamos dvi įprastos formos: hidratuoto molio sluoksnių tarpai yra 1 nm, o dehidratuoto (meta-halozitas) – 0,7 nm. Halozitas natūraliai susidaro kaip maži cilindrai, kurių vidutinis skersmuo yra 30 nm, o ilgis – nuo 0,5 iki 10 mikrometrų.
Mezoporinė medžiaga (2–50 nm)
Silicio dioksidas (naudojamas silikagelio gamybai): 24 Å (2,4 nm)
Makroporinė medžiaga (>50 nm)
Makroporinis silicio dioksidas, 200–1000 Å (20–100 nm)
Paraiškos[taisyti]
Molekuliniai sietai dažnai naudojami naftos pramonėje, ypač dujų srautams džiovinti. Pavyzdžiui, suskystintų gamtinių dujų (SGD) pramonėje dujų vandens kiekis turi būti sumažintas iki mažiau nei 1 ppmv, kad būtų išvengta ledo ar metano klatrato sukeliamų užsikimšimų.
Laboratorijoje molekuliniai sietai naudojami tirpikliams džiovinti. „Sietai“ pasirodė esą pranašesni už tradicinius džiovinimo metodus, kuriuose dažnai naudojami agresyvūs sausikliai.
Molekuliniai sietai, vadinami ceolitais, naudojami įvairiems kataliziniams procesams. Jie katalizuoja izomerizaciją, alkilinimą ir epoksidaciją, taip pat naudojami didelio masto pramoniniuose procesuose, įskaitant hidrokrekingą ir skystąjį katalizinį krekingą.
Jie taip pat naudojami kvėpavimo aparatų, pavyzdžiui, nardytojų ir ugniagesių, oro filtravimui. Tokiais atvejais oras tiekiamas oro kompresoriumi ir praleidžiamas per kasetinį filtrą, kuris, priklausomai nuo pritaikymo, yra užpildytas molekuliniu sietu ir (arba) aktyvuota anglimi, o galiausiai naudojamas kvėpavimo oro balionams pripildyti. Toks filtravimas gali pašalinti kietąsias daleles ir kompresoriaus išmetamąsias dujas iš kvėpavimo oro tiekimo.
FDA patvirtinimas.
JAV FDA nuo 2012 m. balandžio 1 d. patvirtino natrio aliuminio silikatą tiesioginiam sąlyčiui su vartojimo prekėmis pagal 21 CFR 182.2727. Prieš šį patvirtinimą Europos Sąjunga naudojo molekulinius sietus su vaistais, o nepriklausomi bandymai parodė, kad molekuliniai sietai atitinka visus vyriausybės reikalavimus, tačiau pramonė nenorėjo finansuoti brangių bandymų, reikalingų vyriausybės patvirtinimui.
Regeneracija
Molekulinių sietų regeneravimo metodai apima slėgio keitimą (kaip deguonies koncentratoriuose), kaitinimą ir prapūtimą nešančiąja dujomis (kaip naudojant etanolio dehidrataciją) arba kaitinimą aukštame vakuume. Regeneracijos temperatūra svyruoja nuo 175 °C (350 °F) iki 315 °C (600 °F), priklausomai nuo molekulinio sieto tipo. Priešingai, silikagelis gali būti regeneruojamas jį dvi valandas kaitinant įprastoje krosnyje iki 120 °C (250 °F). Tačiau kai kurių tipų silikagelis „sprogsta“, kai yra veikiamas pakankamai vandens. Taip yra dėl silicio dioksido rutuliukų lūžimo, kai jie liečiasi su vandeniu.
| Modelis | Poros skersmuo (Ongström) | Tūrinis tankis (g/ml) | Adsorbuotas vanduo (% m/m) | Trintis arba dilimas, W(% m/m) | Naudojimas |
| 3 Å | 3 | 0,60–0,68 | 19–20 | 0,3–0,6 | Džiovinimasišnaftos krekingasdujų ir alkenų, selektyvi H2O adsorbcijaIzoliacinis stiklas (IG)ir poliuretano, džiūvimasetanolio kurasmaišymui su benzinu. |
| 4 Å | 4 | 0,60–0,65 | 20–21 | 0,3–0,6 | Vandens adsorbcijanatrio aliuminio silikataskuris yra patvirtintas FDA (žr.žemiau) naudojamas kaip molekulinis sietas medicininiuose konteineriuose, kad turinys būtų sausas irmaisto priedasturintisE numerisE-554 (lipnumą reguliuojanti medžiaga); Pageidaujama statinei dehidratacijai uždarose skysčių arba dujų sistemose, pvz., vaistų, elektrinių komponentų ir greitai gendančių cheminių medžiagų pakuotėse; vandens šalinimui spausdinimo ir plastikų sistemose bei sočiųjų angliavandenilių srautų džiovinimui. Adsorbuotos medžiagos: SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 ir C3H6. Paprastai laikoma universalia džiovinimo medžiaga polinėse ir nepolinėse terpėse;[12]atskyrimasgamtinės dujosiralkenai, vandens adsorbcija nejautriose azoto terpėsepoliuretanas |
| 5Å-DW | 5 | 0,45–0,50 | 21–22 | 0,3–0,6 | Riebalų šalinimas ir stingimo temperatūros sumažėjimasaviacija žibalasirdyzelinasir alkenų atskyrimas |
| 5Å mažas, deguonimi prisodrintas | 5 | 0,4–0,8 | ≥23 | Specialiai sukurtas medicininiam arba sveikam deguonies generatoriui [reikalinga citata] | |
| 5 Å | 5 | 0,60–0,65 | 20–21 | 0,3–0,5 | Oro džiovinimas ir valymas;dehidratacijairdesulfuravimasgamtinių dujų irskystos naftos dujos;deguonisirvandenilisgamyba pagalslėgio svyravimų adsorbcijaprocesas |
| 10 kartų | 8 | 0,50–0,60 | 23–24 | 0,3–0,6 | Didelio efektyvumo sorbcija, naudojama dujų ir skysčių džiovinimui, dekarbonizacijai, desulfurizacijai ir atskyrimuiaromatinis angliavandenilis |
| 13 kartų | 10 | 0,55–0,65 | 23–24 | 0,3–0,5 | Naftos dujų ir gamtinių dujų džiovinimas, desulfuravimas ir valymas |
| 13X-AS | 10 | 0,55–0,65 | 23–24 | 0,3–0,5 | Dekarbirizacijair džiovinimas oro atskyrimo pramonėje, azoto atskyrimas nuo deguonies deguonies koncentratoriuose |
| Cu-13X | 10 | 0,50–0,60 | 23–24 | 0,3–0,5 | Saldinimas(pašalinimastioliai) išaviacinis kurasir atitinkamasskysti angliavandeniliai |
Adsorbcijos galimybės
3 Å
Apytikslė cheminė formulė: ((K₂O)₂⁄⁸ (Na₂O)₁⁄⁸) • Al₂O₃ • 2 SiO₂ • 9/2 H₂O
Silicio ir aliuminio oksido santykis: SiO2/ Al2O3≈2
Gamyba
3A molekuliniai sietai gaminami katijonų mainų būdukalisužnatrio4A molekuliniuose sietuose (žr. toliau)
Naudojimas
3Å molekuliniai sietai neadsorbuoja molekulių, kurių skersmuo didesnis nei 3 Å. Šių molekulinių sietų savybės apima greitą adsorbcijos greitį, dažną regeneracijos gebėjimą, gerą atsparumą gniuždymui iratsparumas taršaiŠios savybės gali pagerinti sieto efektyvumą ir tarnavimo laiką. 3Å molekuliniai sietai yra būtinas sausiklis naftos ir chemijos pramonėje naftos rafinavimui, polimerizacijai ir cheminiam dujų ir skysčių giluminiam džiovinimui.
3Å molekuliniai sietai naudojami džiovinti įvairias medžiagas, tokias kaipetanolis, oras,šaltnešiai,gamtinės dujosirnesočiųjų angliavandeniliųPastarosios apima krekingo dujas,acetilenas,etilenas,propilenasirbutadienas.
3Å molekulinis sietas naudojamas vandeniui iš etanolio pašalinti, o vėliau etanolis gali būti naudojamas tiesiogiai kaip biokuras arba netiesiogiai įvairių produktų, tokių kaip chemikalai, maisto produktai, vaistai ir kt., gamybai. Kadangi įprasta distiliacija negali pašalinti viso vandens (nepageidaujamo etanolio gamybos šalutinio produkto) iš etanolio proceso srautų dėl susidarančio...azeotropasMolekulinio sieto granulės, kurių koncentracija yra apie 95,6 proc. masės, naudojamos etanoliui ir vandeniui atskirti molekuliniu lygmeniu, adsorbuojant vandenį į granules ir leidžiant etanoliui laisvai praeiti. Kai granulės prisipildo vandens, galima reguliuoti temperatūrą arba slėgį, kad vanduo išsiskirtų iš molekulinio sieto granulių.[15]
3Å molekuliniai sietai laikomi kambario temperatūroje, esant ne didesnei kaip 90 % santykinei oro drėgmei. Jie sandariai uždaryti sumažintame slėgyje, laikomi atokiau nuo vandens, rūgščių ir šarmų.
4 Å
Cheminė formulė: Na₂O•Al₂O₃•2SiO₂•9/2H₂O
Silicio ir aliuminio santykis: 1:1 (SiO2 / Al2O3≈2)
Gamyba
4Å sieto gamyba yra gana paprasta, nes jam nereikia nei didelio slėgio, nei ypač aukštos temperatūros. Paprastai vandeniniai tirpalainatrio silikatasirnatrio aliuminatassujungiami 80 °C temperatūroje. Tirpikliu impregnuotas produktas „aktyvuojamas“ „kepant“ 400 °C temperatūroje. 4A sietai naudojami kaip 3A ir 5A sietų pirmtakas.katijonų mainaiišnatrioužkalis(3A atveju) arbakalcis(5A)
Naudojimas
Džiovinimo tirpikliai
4Å molekuliniai sietai plačiai naudojami laboratoriniams tirpikliams džiovinti. Jie gali absorbuoti vandenį ir kitas molekules, kurių kritinis skersmuo mažesnis nei 4 Å, tokias kaip NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 ir C2H4. Jie plačiai naudojami skysčių ir dujų džiovinimui, rafinavimui ir valymui (pvz., argono gamyboje).
Poliesterio agento priedai [redaguoti]
Šie molekuliniai sietai naudojami plovikliams padėti, nes jie gali gaminti demineralizuotą vandenį.kalcisjonų mainai, pašalina ir neleidžia nusėdti nešvarumams. Jie plačiai naudojami pakeistifosforas4Å molekulinis sietas atlieka svarbų vaidmenį pakeičiant natrio tripolifosfatą kaip ploviklio pagalbinę medžiagą, siekiant sumažinti ploviklio poveikį aplinkai. Jis taip pat gali būti naudojamas kaipmuilasformavimo agentas irdantų pasta.
Kenksmingų atliekų tvarkymas
4Å molekuliniai sietai gali išvalyti nuotekas nuo katijoninių medžiagų, tokių kaipamoniojonai, Pb2+, Cu2+, Zn2+ ir Cd2+. Dėl didelio selektyvumo NH4+ atžvilgiu jie buvo sėkmingai taikomi lauke kovai sueutrofikacijair kitus padarinius vandens keliuose dėl per didelio amonio jonų kiekio. 4Å molekuliniai sietai taip pat buvo naudojami sunkiųjų metalų jonams, esantiems vandenyje dėl pramoninės veiklos, pašalinti.
Kiti tikslai
Themetalurgijos pramonėseparavimo medžiaga, atskyrimas, kalio druskos tirpalo ekstrakcija,rubidžio,cezisir kt.
Naftos chemijos pramonė,katalizatorius,sausiklis, adsorbentas
Žemės ūkis:dirvožemio gerinimo priemonė
Vaistas: sidabro įkrovimasceolitasantibakterinis agentas.
5 Å
Cheminė formulė: 0,7CaO•0,30Na2O•Al2O3•2,0SiO2•4,5H2O
Silicio ir aliuminio oksido santykis: SiO2/ Al2O3≈2
Gamyba
5A molekuliniai sietai gaminami katijonų mainų būdukalcisužnatrio4A molekuliniuose sietuose (žr. aukščiau)
Naudojimas
Penki-Angström(5Å) molekuliniai sietai dažnai naudojaminaftapramonėje, ypač dujų srautams valyti ir chemijos laboratorijoje atskyrimuijunginiaiir džiovinimo reakcijos pradinės medžiagos. Jose yra mažytės, tikslaus ir vienodo dydžio poros, ir jos daugiausia naudojamos kaip dujų ir skysčių adsorbentas.
Džiovinimui naudojami penkių ångströmų molekuliniai sietai.gamtinės dujos, kartu su pasirodymudesulfuravimasirdekarbonizacijadujų. Jie taip pat gali būti naudojami deguonies, azoto ir vandenilio mišiniams bei naftos-vaško n-angliavandenilių mišiniams atskirti nuo šakotųjų ir policiklinių angliavandenilių.
Penkių ångströmų molekuliniai sietai laikomi kambario temperatūroje,santykinė drėgmėKartoninėse statinėse arba kartoninėse pakuotėse mažiau nei 90 %. Molekuliniai sietai neturėtų būti tiesiogiai veikiami oro ir vandens, reikėtų vengti rūgščių ir šarmų.
Molekulinių sietų morfologija
Molekuliniai sietai būna įvairių formų ir dydžių. Tačiau sferiniai karoliukai turi pranašumų, palyginti su kitomis formomis, nes jie pasižymi mažesniu slėgio kritimu, yra atsparūs dilimui, nes neturi aštrių briaunų, ir yra stiprūs, t. y. ploto vienetui reikalinga didesnė gniuždymo jėga. Kai kurie karoliukų pavidalo molekuliniai sietai pasižymi mažesne šilumos talpa, todėl regeneracijos metu reikia mažiau energijos.
Kitas granuliuotų molekulinių sietų naudojimo privalumas yra tas, kad jų tūrinis tankis paprastai yra didesnis nei kitų formų, todėl tiems patiems adsorbcijos poreikiams reikalingas mažesnis molekulinio sieto tūris. Taigi, šalinant kliūtis, galima naudoti granuliuotus molekulinius sietus, į tą patį tūrį įpilti daugiau adsorbento ir išvengti bet kokių indo modifikacijų.
Įrašo laikas: 2023 m. liepos 18 d.
