O sită moleculară este un material cu pori (găuri foarte mici) de dimensiune uniformă

O sită moleculară este un material cu pori (găuri foarte mici) de dimensiune uniformă. Aceste diametre ale porilor sunt similare ca mărime cu moleculele mici și, prin urmare, moleculele mari nu pot intra sau pot fi adsorbite, în timp ce moleculele mai mici pot. Pe măsură ce un amestec de molecule migrează prin patul staționar de substanță poroasă, semisolidă, denumită sită (sau matrice), componentele cu cea mai mare greutate moleculară (care nu pot trece în porii moleculari) părăsesc mai întâi patul, urmate de molecule succesiv mai mici. Unele site moleculare sunt folosite în cromatografia de excludere prin mărime, o tehnică de separare care sortează moleculele în funcție de dimensiunea lor. Alte site moleculare sunt folosite ca desicanți (unele exemple includ cărbune activ și silicagel).
Diametrul porilor unei site moleculare este măsurat în ångströms (Å) sau nanometri (nm). Conform notației IUPAC, materialele microporoase au diametre ale porilor mai mici de 2 nm (20 Å), iar materialele macroporoase au diametre ale porilor mai mari de 50 nm (500 Å); categoria mezoporoasă se află astfel la mijloc cu diametrele porilor cuprinse între 2 și 50 nm (20–500 Å).
Materiale
Sitele moleculare pot fi materiale microporoase, mezoporoase sau macroporoase.
material microporos (
●Zeoliți (minerale aluminosilicate, care nu trebuie confundate cu silicatul de aluminiu)
●Zeolit ​​LTA: 3–4 Å
●Sticlă poroasă: 10 Å (1 nm) și mai mult
●Carbon activ: 0–20 Å (0–2 nm) și mai mult
● Argile
●Montmorillonit se amestecă
●Haloysite (endelite): Se găsesc două forme comune, atunci când este hidratată argila prezintă o distanță de 1 nm a straturilor și când este deshidratată (meta-haloysit) distanța este de 0,7 nm. Halloysite apare în mod natural sub formă de cilindri mici, cu diametrul mediu de 30 nm, cu lungimi între 0,5 și 10 micrometri.
Material mezoporos (2–50 nm)
Dioxid de siliciu (folosit pentru a face silicagel): 24 Å (2,4 nm)
Material macroporos (>50 nm)
Silice macroporoasă, 200–1000 Å (20–100 nm)
Aplicații[modifica]
Sitele moleculare sunt adesea utilizate în industria petrolului, în special pentru uscarea fluxurilor de gaze. De exemplu, în industria gazelor naturale lichide (GNL), conținutul de apă al gazului trebuie redus la mai puțin de 1 ppmv pentru a preveni blocajele cauzate de gheață sau clatrat de metan.
În laborator, sitele moleculare sunt folosite pentru a usca solventul. „Sitele” s-au dovedit a fi superioare tehnicilor tradiționale de uscare, care folosesc adesea desicanți agresivi.
Sub termenul zeoliți, sitele moleculare sunt utilizate pentru o gamă largă de aplicații catalitice. Ele catalizează izomerizarea, alchilarea și epoxidarea și sunt utilizate în procese industriale la scară largă, inclusiv hidrocracare și cracare catalitică fluidă.
Ele sunt, de asemenea, utilizate în filtrarea alimentărilor cu aer pentru aparatele de respirat, de exemplu cele folosite de scafandri și pompieri. În astfel de aplicații, aerul este furnizat de un compresor de aer și este trecut printr-un cartuș filtru care, în funcție de aplicație, este umplut cu sită moleculară și/sau cărbune activ, fiind în final folosit pentru încărcarea rezervoarelor de aer respirabil. O astfel de filtrare poate elimina particulele. și produse de evacuare a compresorului din sursa de aer respirabil.
Aprobare FDA.
Începând cu 1 aprilie 2012, FDA a aprobat aluminosilicat de sodiu pentru contactul direct cu articolele consumabile în conformitate cu 21 CFR 182.2727. Înainte de această aprobare, Uniunea Europeană a folosit site moleculare cu produse farmaceutice, iar testele independente au sugerat că sitele moleculare îndeplinesc toate cerințele guvernamentale, dar industria nu a fost dispusă să finanțeze testele costisitoare necesare pentru aprobarea guvernului.
Regenerare
Metodele de regenerare a sitelor moleculare includ schimbarea presiunii (ca în concentratoarele de oxigen), încălzirea și purjarea cu un gaz purtător (ca atunci când se utilizează în deshidratarea etanolului) sau încălzirea sub vid înalt. Temperaturile de regenerare variază de la 175 °C (350 °F) la 315 °C (600 °F), în funcție de tipul de sită moleculară. În schimb, silicagelul poate fi regenerat prin încălzirea acestuia într-un cuptor obișnuit la 120 °C (250 °F) timp de două ore. Cu toate acestea, unele tipuri de silicagel vor „pop” atunci când sunt expuse la suficientă apă. Acest lucru este cauzat de spargerea sferelor de silice la contactul cu apa.

Model	Diametrul porilor (Ångström)	Densitate în vrac (g/ml)	apa adsorbita (% g/g)	Uzura sau abraziunea, W(% g/g)	Utilizare
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Uscareadecracarea petroluluigaz și alchene, adsorbția selectivă a H2O îngeam termopan (IG)și poliuretan, uscare decombustibil etanolpentru amestecarea cu benzina.
4Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Adsorbția apei înaluminosilicat de sodiucare este aprobat de FDA (vezide mai jos) folosit ca sita moleculara in recipiente medicale pentru a mentine continutul uscat si caaditiv alimentaravândE-numărE-554 (agent antiaglomerant); Preferat pentru deshidratarea statică în sisteme închise lichide sau gazoase, de exemplu, în ambalarea medicamentelor, componentelor electrice și substanțelor chimice perisabile; captarea apei în sistemele de imprimare și materiale plastice și uscarea fluxurilor de hidrocarburi saturate. Speciile adsorbite includ SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 și C3H6. Considerat în general un agent de uscare universal în medii polare și nepolare;[12]separarea degaz naturalşialchene, adsorbția apei în non-sensibile la azotpoliuretan
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Degresarea și depresiunea punctului de curgere aaviaţie kerosenulşidiesel, și separarea alchenelor
5Å mic îmbogățit cu oxigen	5	0,4–0,8	≥23		Special conceput pentru generatorul de oxigen medical sau sănătos[citare necesară]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Deshidratarea și purificarea aerului;deshidratareşidesulfurarede gaze naturale șigaz petrolier lichid;oxigenşihidrogenproducție de cătreadsorbție prin fluctuație de presiuneproces
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Sorpție de înaltă eficiență, utilizată în uscare, decarburare, desulfurare a gazelor și lichidelor și separareahidrocarbură aromatică
13X	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Deshidratarea, desulfurarea și purificarea gazelor petroliere și a gazelor naturale
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Decarburareași uscarea în industria de separare a aerului, separarea azotului de oxigen în concentratoarele de oxigen
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Îndulcire(eliminareatiolii) dincombustibil de aviațiesi corespunzatoarehidrocarburi lichide

Capacitate de adsorbție

3Å

Formula chimică aproximativă: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3• 2 SiO2 • 9/2 H2O

Raport silice-alumină: SiO2/ Al2O3≈2

Productie

Sitele moleculare 3A sunt produse prin schimb de cationi depotasiupentrusodiuîn site moleculare 4A (vezi mai jos)

Utilizare

Sitele moleculare de 3 Å nu adsorb molecule ale căror diametre sunt mai mari de 3 Å. Caracteristicile acestor site moleculare includ viteza de adsorbție rapidă, capacitatea de regenerare frecventă, rezistența bună la strivire șirezistenta la poluare. Aceste caracteristici pot îmbunătăți atât eficiența, cât și durata de viață a sitei. Sitele moleculare de 3Å sunt desicantul necesar în industria petrolieră și chimică pentru rafinarea petrolului, polimerizare și uscare chimică în profunzime gaz-lichid.

Site moleculare de 3Å sunt folosite pentru a usca o serie de materiale, cum ar fietanol, aer,agenţi frigorifici,gaz naturalşihidrocarburi nesaturate. Acestea din urmă includ gazul de cracare,acetilenă,etilenă,propilenăşibutadienă.

Sita moleculară de 3Å este utilizată pentru a îndepărta apa din etanol, care poate fi ulterior folosit direct ca biocombustibil sau indirect pentru a produce diverse produse, cum ar fi produse chimice, alimente, produse farmaceutice și multe altele. Deoarece distilarea normală nu poate elimina toată apa (un produs secundar nedorit din producția de etanol) din fluxurile procesului de etanol din cauza formării unuiazeotropla o concentrație de aproximativ 95,6 procente în greutate, mărgele de sită moleculară sunt folosite pentru a separa etanolul și apa la nivel molecular prin adsorbția apei în margele și permițând etanolului să treacă liber. Odată ce margelele sunt pline cu apă, temperatura sau presiunea pot fi manipulate, permițând eliberarea apei din margelele de sită moleculară.[15]

Sitele moleculare de 3Å se păstrează la temperatura camerei, cu o umiditate relativă de cel mult 90%. Sunt sigilate la presiune redusă, fiind ținute departe de apă, acizi și alcalii.

4Å

Formula chimică: Na2O•Al2O3•2SiO2•9/2H2O

Raport siliciu-aluminiu: 1:1 (SiO2/ Al2O3≈2)

Productie

Producția de site de 4Å este relativ simplă, deoarece nu necesită nici presiuni ridicate, nici temperaturi deosebit de ridicate. Soluții tipice apoase desilicat de sodiuşialuminat de sodiusunt combinate la 80 °C. Produsul impregnat cu solvent este „activat” prin „coacere” la 400 °C Sitele 4A servesc ca precursoare pentru sitele 3A și 5A prinschimb cationicdesodiupentrupotasiu(pentru 3A) saucalciu(pentru 5A)

Utilizare

Solvenți de uscare

Sitele moleculare de 4Å sunt utilizate pe scară largă pentru a usca solvenții de laborator. Ele pot absorbi apă și alte molecule cu un diametru critic mai mic de 4 Å, cum ar fi NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 și C2H4. Sunt utilizate pe scară largă în uscarea, rafinarea și purificarea lichidelor și gazelor (cum ar fi prepararea argonului).

 

Aditivi pentru agenți poliesterici[edita]

Aceste site moleculare sunt folosite pentru a ajuta detergenții, deoarece pot produce apă demineralizatăcalciuschimb de ioni, îndepărtați și preveniți depunerea murdăriei. Sunt utilizate pe scară largă pentru a înlocuifosfor. Sita moleculară de 4Å joacă un rol major în înlocuirea tripolifosfatului de sodiu ca auxiliar de detergent pentru a atenua impactul detergentului asupra mediului. De asemenea, poate fi folosit ca asăpunagent de formare si inpastă de dinţi.

Tratarea deșeurilor nocive

Sitele moleculare de 4Å pot purifica apele uzate ale speciilor cationice, cum ar fiamoniuioni, Pb2+, Cu2+, Zn2+ și Cd2+. Datorită selectivității ridicate pentru NH4+, acestea au fost aplicate cu succes în câmpul de luptăeutrofizareși alte efecte în căile navigabile datorate ionilor excesivi de amoniu. Site moleculare de 4Å au fost, de asemenea, folosite pentru a îndepărta ionii de metale grele prezenți în apă din cauza activităților industriale.

Alte scopuri

Theindustria metalurgică: agent de separare, separare, extracție de potasiu în saramură,rubidiu,cesiu, etc.

industria petrochimica,catalizator,desicant, adsorbant

Agricultură:conditionant de sol

Medicină: încărcare argintzeolitagent antibacterian.

5Å

Formula chimică: 0,7CaO•0,30Na2O•Al2O3•2,0SiO2 •4,5H2O

Raport silice-alumină: SiO2/ Al2O3≈2

Productie

Sitele moleculare 5A sunt produse prin schimb de cationi decalciupentrusodiuîn site moleculare 4A (vezi mai sus)

Utilizare

Cinci-ångströmSite moleculare (5Å) sunt adesea utilizate înpetrolindustrie, în special pentru epurarea fluxurilor de gaze și în laboratorul de chimie pentru separarecompușiși uscarea materiilor prime de reacție. Acestea conțin pori minusculi de o dimensiune precisă și uniformă și sunt utilizate în principal ca adsorbant pentru gaze și lichide.

Pentru uscare se folosesc site moleculare de cinci ångströmgaz natural, alături de performanțădesulfurareşidecarbonatarea gazului. Ele pot fi, de asemenea, utilizate pentru a separa amestecuri de oxigen, azot și hidrogen și n-hidrocarburi ulei-ceară de hidrocarburi ramificate și policiclice.

Site moleculare de cinci ångström sunt depozitate la temperatura camerei, cu aumiditatea relativamai puțin de 90% în butoaie de carton sau ambalaje din carton. Sitele moleculare nu trebuie expuse direct la aer și apă, trebuie evitate acizii și alcalii.

Morfologia sitelor moleculare

Sitele moleculare sunt disponibile în diverse forme și dimensiuni. Dar margelele sferice au avantaje față de alte forme, deoarece oferă o cădere de presiune mai mică, sunt rezistente la uzură, deoarece nu au muchii ascuțite și au o rezistență bună, adică forța de strivire necesară pe unitate de suprafață este mai mare. Anumite site moleculare cu margele oferă o capacitate termică mai mică, astfel încât cerințe mai mici de energie în timpul regenerării.

Celălalt avantaj al utilizării sitelor moleculare cu margele este densitatea în vrac este de obicei mai mare decât alte forme, astfel încât pentru aceeași cerință de adsorbție volumul necesar sitei moleculare este mai mic. Astfel, în timp ce faceți deblocarea, se pot folosi site moleculare cu margele, se pot încărca mai mult adsorbant în același volum și se pot evita orice modificare a vasului.