Molekulinis sietas yra medžiaga su vienodo dydžio poromis (labai mažomis skylutėmis).

Molekulinis sietas yra medžiaga su vienodo dydžio poromis (labai mažomis skylutėmis). Šių porų skersmuo yra panašus į mažų molekulių dydį, todėl didelės molekulės negali patekti arba būti adsorbuojamos, o mažesnės molekulės gali. Molekulių mišiniui migruojant per stacionarią porėtos, pusiau kietos medžiagos sluoksnį, vadinamą sietu (arba matrica), didžiausios molekulinės masės komponentai (kurie negali patekti į molekulines poras) pirmiausia palieka sluoksnį. po to seka 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 yra aktyvuota anglis ir silikagelis).
Molekulinio sieto porų skersmuo matuojamas ångströms (Å) arba nanometrais (nm). Pagal IUPAC žymėjimą, mikroporingų medžiagų porų skersmuo yra mažesnis nei 2 nm (20 Å), o makroporingų medžiagų porų skersmuo yra didesnis nei 50 nm (500 Å); Taigi mezoporinė kategorija yra viduryje, o porų skersmuo yra nuo 2 iki 50 nm (20–500 Å).
Medžiagos
Molekuliniai sietai gali būti mikroporingos, mezoporinės arba makroporinės medžiagos.
Mikroporinga medžiaga (
●Ceolitai (aliumosilikatiniai mineralai, nepainioti su aliuminio silikatu)
●Ceolitas LTA: 3–4 Å
●Akytas stiklas: 10 Å (1 nm) ir didesnis
●Aktyvioji anglis: 0–20 Å (0–2 nm) ir daugiau
●Moliai
●Montmorilonito mišiniai
●Haloysite (endelitas): randamos dvi paplitusios formos, kai hidratuotas molis išsiskiria 1 nm atstumu tarp sluoksnių, o dehidratuotas (meta-haloysite) – 0,7 nm. Halloysite natūraliai atsiranda kaip maži cilindrai, kurių vidutinis skersmuo yra 30 nm, o ilgis yra nuo 0,5 iki 10 mikrometrų.
Mezoporinė medžiaga (2–50 nm)
Silicio dioksidas (naudojamas silikageliui gaminti): 24 Å (2,4 nm)
Makroporinga medžiaga (>50 nm)
Makroporinis silicio dioksidas, 200–1000 Å (20–100 nm)
Programos [taisyti]
Molekuliniai sietai dažnai naudojami naftos pramonėje, ypač dujų srautams džiovinti. Pavyzdžiui, suskystintų gamtinių dujų (SGD) pramonėje vandens kiekį dujose reikia sumažinti iki mažiau nei 1 ppmv, kad būtų išvengta užsikimšimų, kuriuos sukelia ledas arba metano klatratas.
Laboratorijoje tirpikliui išdžiovinti naudojami molekuliniai sietai. "Sietai" pasirodė esąs pranašesni už tradicinius džiovinimo būdus, kuriuose dažnai naudojami agresyvūs sausikliai.
Pagal terminą ceolitai, molekuliniai sietai naudojami įvairioms katalizinėms reikmėms. Jie katalizuoja izomerizaciją, alkilinimą ir epoksidaciją ir yra naudojami didelio masto pramoniniuose procesuose, įskaitant hidrokrekingą ir skystąjį katalizinį krekingą.
Jie taip pat naudojami kvėpavimo aparatų, pavyzdžiui, nardytojų ir ugniagesių, oro atsargų filtravimui. Tokiais atvejais oras tiekiamas oro kompresoriumi ir praleidžiamas per kasetinį filtrą, kuris, priklausomai nuo naudojimo, yra pripildytas molekulinio sieto ir (arba) aktyvintos anglies, galiausiai naudojamas kvėpuojamo oro rezervuarams įkrauti. Toks filtravimas gali pašalinti kietąsias daleles. ir kompresoriaus išmetamus produktus iš kvėpavimo oro tiekimo.
FDA patvirtinimas.
JAV FDA nuo 2012 m. balandžio 1 d. patvirtino natrio aliuminio silikatą, skirtą tiesioginiam sąlyčiui su vartojimo reikmenimis pagal 21 CFR 182.2727. Iki šio patvirtinimo Europos Sąjunga naudojo molekulinius sietus su vaistais, o nepriklausomi tyrimai 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 nešančiomis dujomis (kaip naudojant dehidratuojant etanolį) arba kaitinimą dideliame vakuume. Regeneracijos temperatūra svyruoja nuo 175 °C (350 °F) iki 315 °C (600 °F), priklausomai nuo molekulinio sieto tipo. Priešingai, silikagelį galima regeneruoti kaitinant jį įprastoje orkaitėje iki 120 °C (250 °F) dvi valandas. Tačiau kai kurios silikagelio rūšys „iššoks“, kai bus veikiamos pakankamai vandens. Tai sukelia silicio dioksido sferų lūžimas susilietus su vandeniu.

Modelis	Porų skersmuo (Ångström)	Tūrinis tankis (g/ml)	Adsorbuotas vanduo (% m/m)	Dilimas arba dilimas, W(% m/m)	Naudojimas
3Å	3	0,60–0,68	19–20 val	0,3–0,6	Išdžiūvimasišnaftos krekingodujos ir alkenai, selektyvi H2O adsorbcija inizoliuotas stiklas (IG)ir poliuretanas, džiovinimasetanolio kuromaišymui su benzinu.
4Å	4	0,60–0,65	20–21 val	0,3–0,6	Vandens adsorbcija įnatrio aliuminio silikataskuri yra patvirtinta FDA (žržemiau) naudojamas kaip molekulinis sietas medicininiuose induose, kad turinys būtų sausas ir kaipmaisto priedasturintysE-numerisE-554 (lipnumą mažinanti medžiaga); Pageidautina statinei dehidratacijai uždarose skysčių arba dujų sistemose, pvz., vaistų, elektrinių komponentų ir greitai gendančių cheminių medžiagų pakuotėse; vandens šalinimas spausdinimo ir plastiko sistemose ir sočiųjų angliavandenilių srautų džiovinimas. Adsorbuotos rūšys yra SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 ir C3H6. Paprastai laikoma universalia džiovinimo priemone polinėse ir nepolinėse terpėse;[12]atskyrimasgamtines dujasiralkenai, vandens adsorbcija azotui nejautriosepoliuretanas
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Nuriebalinimas ir stingimo taško slopinimasaviacija žibaloirdyzelinasir alkenų atskyrimas
5Å mažas deguonies prisotintas	5	0,4–0,8	≥23		Specialiai sukurta medicininiam ar sveiko deguonies generatoriui[reikalinga citata]
5Å	5	0,60–0,65	20–21 val	0,3–0,5	Oro džiovinimas ir valymas;dehidratacijairdesulfuravimasgamtinių dujų irskystos naftos dujos;deguoniesirvandenilisgamyba pagalslėgio svyravimo adsorbcijaprocesas
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Labai efektyvi sorbcija, naudojama džiovinant, dekarbonizuojant, desulfuruojant dujas ir skysčius bei atskiriantaromatinis angliavandenis
13X	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Naftos dujų ir gamtinių dujų džiovinimas, desulfuravimas ir gryninimas
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Dekarburizacijair džiovinimas oro atskyrimo pramonėje, azoto atskyrimas nuo deguonies deguonies koncentratoriuose
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Pasaldinimas(pašalinimastioliai) išaviacinis kurasir atitinkamasskysti angliavandeniliai

Adsorbcijos galimybės

3Å

Apytikslė cheminė formulė: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3• 2 SiO2 • 9/2 H2O

Silicio dioksido ir aliuminio oksido santykis: SiO2/ Al2O3≈2

Gamyba

3A molekuliniai sietai gaminami keičiantis katijonaiskalioužnatrio4A molekuliniuose sietuose (žr. toliau)

Naudojimas

3Å molekuliniai sietai neadsorbuoja molekulių, kurių skersmuo yra didesnis nei 3 Å. Šių molekulinių sietų charakteristikos apima greitą adsorbcijos greitį, dažną regeneraciją, gerą atsparumą gniuždymui iratsparumas taršai. Šios savybės gali pagerinti sieto efektyvumą ir tarnavimo laiką. 3Å molekuliniai sietai yra būtinas sausiklis naftos ir chemijos pramonėje naftos perdirbimui, polimerizacijai ir cheminiam dujų-skysčio džiovinimo giluminiam džiovinimui.

3Å molekuliniai sietai naudojami įvairioms medžiagoms džiovinti, pvzetanolis, oras,šaltnešiai,gamtines dujasirnesočiųjų angliavandenilių. Pastarosios apima krekingo dujas,acetilenas,etileno,propilenoirbutadieno.

3Å molekulinis sietas naudojamas vandeniui pašalinti iš etanolio, kuris vėliau gali būti naudojamas tiesiogiai kaip biokuras arba netiesiogiai gaminant įvairius produktus, tokius kaip chemikalai, maistas, vaistai ir kt. Kadangi įprasta distiliacija negali pašalinti viso vandens (nepageidaujamo etanolio gamybos šalutinio produkto) iš etanolio proceso srautų, nes susidaroazeotropas95,6 % masės koncentracijos molekulinio sieto granulės naudojamos etanoliui ir vandeniui atskirti molekuliniu lygmeniu, adsorbuojant vandenį į granules ir leidžiant etanoliui laisvai praeiti. Kai granulės yra pilnos vandens, galima keisti temperatūrą arba slėgį, kad vanduo išsiskirtų iš molekulinio sieto granulių.[15]

3Å molekuliniai sietai laikomi kambario temperatūroje, kai santykinė oro drėgmė ne didesnė kaip 90%. Jie uždaromi sumažintame slėgyje, saugomi nuo vandens, rūgščių ir šarmų.

4Å

Cheminė formulė: Na2O•Al2O3•2SiO2•9/2H2O

Silicio ir aliuminio santykis: 1:1 (SiO2/Al2O3≈2)

Gamyba

4Å sieto gamyba yra gana paprasta, nes nereikia nei aukšto slėgio, nei ypač aukštos temperatūros. Paprastai vandeniniai tirpalainatrio silikatasirnatrio aliuminatassujungiami 80 °C temperatūroje. Tirpikliu impregnuotas produktas „aktyvuojamas“ „kepant“ 400 °C temperatūroje. 4A sietai yra 3A ir 5A sietų pirmtakas.katijonų mainaiišnatrioužkalio(3A) arbakalcio(5A)

Naudojimas

Džiovinimo tirpikliai

4Å molekuliniai sietai plačiai naudojami laboratoriniams tirpikliams džiovinti. Jie gali sugerti vandenį ir kitas molekules, kurių kritinis skersmuo mažesnis nei 4 Å, pvz., NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 ir C2H4. Jie plačiai naudojami skysčių ir dujų džiovinimui, rafinavimui ir gryninimui (pavyzdžiui, argonui ruošti).

 

Poliesterio agento priedai[redaguoti]

Šie molekuliniai sietai naudojami plovikliams padėti, nes jie gali gaminti demineralizuotą vandenįkalciojonų mainai, pašalinti nešvarumus ir užkirsti kelią jų nusėdimui. Jie plačiai naudojami pakeistifosforo. 4Å molekulinis sietas atlieka svarbų vaidmenį pakeičiant natrio tripolifosfatą kaip pagalbinę ploviklio medžiagą, kad būtų sumažintas ploviklio poveikis aplinkai. Jis taip pat gali būti naudojamas kaip amuilasformavimo agentas ir indantų pasta.

Kenksmingų atliekų apdorojimas

4Å molekuliniai sietai gali išvalyti katijoninių rūšių nuotekas, tokias kaipamoniojonų, Pb2+, Cu2+, Zn2+ ir Cd2+. Dėl didelio selektyvumo NH4+ jie buvo sėkmingai naudojami kovojeeutrofikacijair kitas poveikis vandens keliams dėl amonio jonų pertekliaus. 4Å molekuliniai sietai taip pat buvo naudojami sunkiųjų metalų jonams, esantiems vandenyje, pašalinti dėl pramoninės veiklos.

Kiti tikslai

Themetalurgijos pramonė: atskyrimo agentas, atskyrimas, kalio sūrymo ekstrahavimas,rubidis,cezisir kt.

Naftos chemijos pramonė,katalizatorius,sausiklis, adsorbentas

Žemės ūkis:dirvožemio gerinimo priemonė

Vaistas: krauti sidabrąceolitasantibakterinis agentas.

5Å

Cheminė formulė: 0,7CaO•0,30Na2O•Al2O3•2,0SiO2 •4,5H2O

Silicio dioksido ir aliuminio oksido santykis: SiO2/ Al2O3≈2

Gamyba

5A molekuliniai sietai gaminami keičiantis katijonaiskalcioužnatrio4A molekuliniuose sietuose (žr. aukščiau)

Naudojimas

penki-ångström(5Å) molekuliniai sietai dažnai naudojaminaftospramonėje, ypač dujų srautų valymui ir chemijos laboratorijoje atskyrimuijunginiaiir džiovinimo reakcijos pradines medžiagas. Juose yra smulkių tikslaus ir vienodo dydžio porų, jos daugiausia naudojamos kaip dujų ir skysčių adsorbentas.

Džiovinti naudojami penkių angström molekuliniai sietaigamtines dujas, kartu su pasirodymudesulfuravimasirdekarbonizacijosdujų. Jie taip pat gali būti naudojami atskirti deguonies, azoto ir vandenilio mišinius bei alyvos-vaško n-angliavandenilius nuo šakotųjų ir policiklinių angliavandenilių.

Penkių ångströmų molekuliniai sietai laikomi kambario temperatūroje su asantykinė drėgmėmažiau nei 90 % kartoninėse statinėse arba kartoninėse pakuotėse. Molekuliniai sietai neturi būti tiesiogiai veikiami oro ir vandens, reikėtų vengti rūgščių ir šarmų.

Molekulinių sietų morfologija

Molekuliniai sietai yra įvairių formų ir dydžių. Tačiau sferiniai karoliukai turi pranašumą prieš kitas formas, nes pasižymi mažesniu slėgio kritimu, yra atsparūs dilimui, nes neturi aštrių briaunų ir turi gerą stiprumą, ty ploto vienetui reikalinga gniuždymo jėga yra didesnė. Tam tikri molekuliniai sietai su granulėmis pasižymi mažesne šilumos talpa, todėl regeneracijos metu sumažėja energijos poreikis.

Kitas privalumas naudojant molekulinius sietus su granulėmis yra tas, kad tūrinis tankis paprastai yra didesnis nei kitos formos, todėl tam pačiam adsorbcijos reikalavimui reikalingas mažesnis molekulinio sieto tūris. Taigi, šalinant kliūtis, galima naudoti molekulinius sietus su granulėmis, į tą patį tūrį įkelti daugiau adsorbento ir vengti bet kokių indo modifikacijų.