O sită moleculară este un material cu pori (găuri foarte mici) de dimensiuni uniforme

O sită moleculară este un material cu pori (găuri foarte mici) de dimensiuni uniforme. Aceste diametre ale porilor sunt similare ca dimensiune cu cele ale moleculelor mici și, prin urmare, moleculele mari nu pot intra sau 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 primul patul, urmate succesiv de molecule din ce în ce mai mici. Unele site moleculare sunt utilizate în cromatografia de excluziune dimensională, o tehnică de separare care sortează moleculele în funcție de dimensiunea lor. Alte site moleculare sunt utilizate ca desicanți (câteva exemple includ cărbunele activ și gelul de silice).
Diametrul porilor unei site moleculare se măsoară 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 situează astfel la mijloc, cu diametre ale porilor între 2 și 50 nm (20–500 Å).
Materiale
Sitele moleculare pot fi din materiale microporoase, mezoporoase sau macroporoase.
Material microporos (
●Zeoliți (minerale aluminosilicate, a nu se confunda cu silicatul de aluminiu)
●Zeolit ​​LTA: 3–4 Å
●Sticlă poroasă: 10 Å (1 nm) și mai mult
●Carbune activ: 0–20 Å (0–2 nm) și mai mult
●Argilă
● Amestecuri de montmorillonit
●Haloizit (endelit): Se găsesc două forme comune, atunci când este hidratată, argila prezintă o distanță de 1 nm între straturi, iar atunci când este deshidratată (meta-haloizit), distanța este de 0,7 nm. Halloizitul apare în mod natural sub formă de cilindri mici, cu un diametru mediu de 30 nm și lungimi între 0,5 și 10 micrometri.
Material mezoporos (2–50 nm)
Dioxid de siliciu (folosit pentru a produce silicagel): 24 Å (2,4 nm)
Material macroporos (>50 nm)
Silice macroporoasă, 200–1000 Å (20–100 nm)
Aplicații[modificare]
Sitele moleculare sunt adesea utilizate în industria petrolieră, în special pentru uscarea fluxurilor de gaze. De exemplu, în industria gazelor naturale lichefiate (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 utilizează adesea desicanți agresivi.
Sub termenul zeoliți, sitele moleculare sunt utilizate pentru o gamă largă de aplicații catalitice. Acestea catalizează izomerizarea, alchilarea și epoxidarea și sunt utilizate în procese industriale la scară largă, inclusiv hidrocracarea și cracarea catalitică fluidă.
De asemenea, sunt utilizate în filtrarea alimentării cu aer pentru aparatele de respirat, de exemplu cele utilizate de scafandri și pompieri. În astfel de aplicații, aerul este furnizat de un compresor de aer și este trecut printr-un filtru cu cartuș care, în funcție de aplicație, este umplut cu sită moleculară și/sau cărbune activ, fiind utilizat în final pentru încărcarea rezervoarelor de aer respirator. O astfel de filtrare poate elimina particulele și produsele de evacuare ale compresorului din alimentarea cu aer respirator.
Aprobare FDA.
FDA din SUA a aprobat, începând cu 1 aprilie 2012, utilizarea aluminosilicatului de sodiu pentru contactul direct cu articole 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 guvernamentală.
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 „pocni” atunci când sunt expuse la suficientă apă. Acest lucru este cauzat de ruperea sferelor de silice la contactul cu apa.

Model	Diametrul porilor (Ångström)	Densitate vrac (g/ml)	Apă adsorbită (% g/g)	Uzură sau abraziune, W(% g/g)	Utilizare
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Uscaredecracarea petroluluigaz și alchene, adsorbție selectivă a H2O însticlă izolatoare (IG)și poliuretan, uscareacombustibil etanolpentru amestecare cu benzină.
4Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Adsorbția apei înaluminosilicat de sodiucare este aprobat de FDA (vezide mai jos) utilizată ca sită moleculară în recipiente medicale pentru a menține conținutul uscat și caaditiv alimentaravândNumăr EE-554 (agent antiaglomerant); Preferat pentru deshidratarea statică în sisteme închise de lichide sau gaze, de exemplu, în ambalarea medicamentelor, componentelor electrice și a substanțelor chimice perisabile; eliminarea apei în sistemele de imprimare și materiale plastice și uscarea fluxurilor saturate de hidrocarburi. Speciile adsorbite includ SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 și C3H6. În general, considerat un agent de uscare universal în medii polare și nepolare;[12]separareagaz naturalşialchene, adsorbția apei în medii nesensibile la azotpoliuretan
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Degresarea și scăderea punctului de curgere aaviaţie kerosenşidieselși separarea alchenelor
5 Å mic îmbogățit cu oxigen	5	0,4–0,8	≥23		Special conceput pentru generator de oxigen medical sau sănătoscitare necesară]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Uscarea și purificarea aerului;deshidratareşidesulfurarede gaze naturale șigaz petrolier lichefiat;oxigenşihidrogenproducție de cătreadsorbție cu variație de presiuneproces
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Sorbție de înaltă eficiență, utilizată în deshidratarea, decarburarea, desulfurarea 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	Decarburareși uscarea în industria separării aerului, separarea azotului de oxigen în concentratoare de oxigen
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Îndulcire(îndepărtareatioli) dincombustibil pentru aviațieși corespunzătoarehidrocarburi lichide

Capacități de adsorbție

3Å

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

Raportul silice-alumină: SiO2/ Al2O3≈2

Producție

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

Utilizare

Sitele moleculare de 3 Å nu adsorb moleculele ale căror diametre sunt mai mari de 3 Å. Caracteristicile acestor site moleculare includ viteza mare de adsorbție, capacitatea de regenerare frecventă, rezistența bună la strivire șirezistența la poluareAceste caracteristici pot îmbunătăți atât eficiența, cât și durata de viață a sitei. Sitele moleculare de 3 Å sunt desicantul necesar în industria petrolieră și chimică pentru rafinarea petrolului, polimerizare și uscarea chimică în adâncime a decalajului gaz-lichid.

Sitele moleculare de 3 Å sunt utilizate pentru a usca o gamă largă de materiale, cum ar fietanol, aer,agenți frigorigeni,gaz naturalşihidrocarburi nesaturateAcestea din urmă includ gazul de cracare,acetilenă,etilenă,propilenăşibutadienă.

Sita moleculară de 3 Å este utilizată pentru a elimina apa din etanol, care poate fi ulterior utilizat direct ca biocombustibil sau indirect pentru a produce diverse produse, cum ar fi substanțe 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 de procesare a etanolului, din cauza formării unui...azeotropLa o concentrație de aproximativ 95,6% în greutate, perlele sitei moleculare sunt utilizate pentru a separa etanolul și apa la nivel molecular prin adsorbția apei în perle și permiterea etanolului să treacă liber. Odată ce perlele sunt umplute cu apă, temperatura sau presiunea pot fi manipulate, permițând eliberarea apei din perlele sitei moleculare.[15]

Sitele moleculare de 3 Å se depozitează la temperatura camerei, cu o umiditate relativă de maximum 90%. Se sigilează sub presiune redusă, fiind ținute departe de apă, acizi și alcali.

4Å

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

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

Producție

Producerea sitei de 4 Å este relativ simplă, deoarece nu necesită nici presiuni ridicate, nici temperaturi deosebit de ridicate. De obicei, soluții apoase desilicat de sodiuşialuminat de sodiusunt combinate la 80 °C. Produsul impregnat cu solvent este „activat” prin „coacere” la 400 °C. Sitele 4A servesc drept precursoare pentru sitele 3A și 5A prinschimb de cationidesodiupentrupotasiu(pentru 3A) saucalciu(pentru 5A)

Utilizare

Solvenți de uscare

Sitele moleculare de 4 Å sunt utilizate pe scară largă pentru uscarea solvenților de laborator. Acestea pot absorbi apa 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 poliestericiedita]

Aceste site moleculare sunt utilizate pentru a ajuta detergenții, deoarece pot produce apă demineralizată princalciuschimb de ioni, îndepărtează și previn depunerea murdăriei. Sunt utilizate pe scară largă pentru a înlocuifosforSita moleculară de 4 Å joacă un rol major în înlocuirea tripolifosfatului de sodiu ca auxiliar de detergent pentru a atenua impactul detergentului asupra mediului. De asemenea, poate fi utilizată ca...săpunagent de formare și înpastă de dinţi.

Tratarea deșeurilor nocive

Sitele moleculare de 4 Å pot purifica apele uzate de specii cationice, cum ar fiamoniuioni, Pb2+, Cu2+, Zn2+ și Cd2+. Datorită selectivității ridicate pentru NH4+, acestea au fost aplicate cu succes pe teren pentru combatereaeutrofizareși alte efecte asupra căilor navigabile din cauza excesului de ioni de amoniu. Sitele moleculare de 4 Å au fost, de asemenea, utilizate pentru a îndepărta ionii de metale grele prezenți în apă din cauza activităților industriale.

Alte scopuri

Cel/Cea/Cei/Celeindustria metalurgicăagent de separare, separare, extracția saramurii de potasiu,rubidiu,cesiu, etc.

Industria petrochimică,catalizator,desicant, adsorbant

Agricultură:ameliorator de sol

Medicină: încărcare de argintzeolitagent antibacterian.

5Å

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

Raportul silice-alumină: SiO2/ Al2O3≈2

Producție

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

Utilizare

Cinci-ångströmSitele moleculare (5 Å) sunt adesea utilizate înpetrolindustrie, în special pentru purificarea fluxurilor de gaze și în laboratorul de chimie pentru separareacompușiși materii prime pentru reacții de uscare. Acestea conțin pori minusculi de dimensiuni precise și uniforme și sunt utilizate în principal ca adsorbanți pentru gaze și lichide.

Sitele moleculare de cinci Ångström sunt folosite pentru uscareagaz natural, împreună cu performanțadesulfurareşidecarbonatarea gazului. De asemenea, pot fi utilizate pentru separarea amestecurilor de oxigen, azot și hidrogen și a n-hidrocarburilor din ulei și ceară de hidrocarburile ramificate și policiclice.

Sitele moleculare de cinci Ångström sunt depozitate la temperatura camerei, cu oumiditate relativămai puțin de 90% în butoaie de carton sau ambalaje din carton. Sitele moleculare nu trebuie expuse direct la aer și apă, acizii și bazele trebuie evitate.

Morfologia sitelor moleculare

Sitele moleculare sunt disponibile în diverse forme și dimensiuni. Însă perlele sferice au avantaj 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 unitatea de suprafață este mai mare. Anumite site moleculare cu perle oferă o capacitate termică mai mică, prin urmare, necesită mai puțină energie în timpul regenerării.

Celălalt avantaj al utilizării sitelor moleculare cu perle este densitatea în vrac, de obicei mai mare decât în ​​cazul altor forme, astfel încât, pentru aceeași cerință de adsorbție, volumul sitei moleculare este mai mic. Astfel, în timp ce se face eliminarea blocajelor, se pot utiliza site moleculare cu perle, se poate încărca mai mult adsorbant în același volum și se poate evita orice modificare a vasului.