Sito molekularne to materiał o porach (bardzo małych otworach) o jednakowej wielkości

Sito molekularne to materiał o porach (bardzo małych otworach) o jednakowej wielkości. Te średnice porów są podobne pod względem wielkości do małych cząsteczek, a zatem duże cząsteczki nie mogą przedostać się ani zostać zaadsorbowane, podczas gdy mniejsze cząsteczki mogą. Gdy mieszanina cząsteczek migruje przez nieruchome złoże porowatej, półstałej substancji zwanej sitem (lub matrycą), składniki o największej masie cząsteczkowej (które nie mogą przedostać się do porów molekularnych) opuszczają złoże w pierwszej kolejności, po których następują kolejno mniejsze cząsteczki. Niektóre sita molekularne są stosowane w chromatografii wykluczania, technice separacji, która sortuje cząsteczki na podstawie ich wielkości. Jako środki osuszające stosuje się inne sita molekularne (niektóre przykłady obejmują węgiel aktywowany i żel krzemionkowy).
Średnicę porów sita molekularnego mierzy się w ångströms (Å) lub nanometrach (nm). Zgodnie z notacją IUPAC materiały mikroporowate mają średnicę porów mniejszą niż 2 nm (20 Å), a materiały makroporowate mają średnicę porów większą niż 50 nm (500 Å); kategoria mezoporowata leży zatem pośrodku, a średnica porów wynosi od 2 do 50 nm (20–500 Å).
Przybory
Sita molekularne mogą być materiałem mikroporowatym, mezoporowatym lub makroporowatym.
Materiał mikroporowaty (
● Zeolity (minerały glinokrzemianowe, nie mylić z krzemianami glinu)
●Zeolit ​​LTA: 3–4 Å
●Szkło porowate: 10 Å (1 nm) i więcej
●Węgiel aktywny: 0–20 Å (0–2 nm) i więcej
●Gliny
● Mieszanki montmorylonitu
●Haloizyt (endelit): Występują dwie powszechne formy: po uwodnieniu glina wykazuje odstęp między warstwami 1 nm, a po odwodnieniu (methaloizyt) odstęp wynosi 0,7 nm. Haloizyt występuje naturalnie w postaci małych cylindrów o średniej średnicy 30 nm i długości od 0,5 do 10 mikrometrów.
Materiał mezoporowaty (2–50 nm)
Dwutlenek krzemu (używany do produkcji żelu krzemionkowego): 24 Å (2,4 nm)
Materiał makroporowaty (>50 nm)
Makroporowata krzemionka, 200–1000 Å (20–100 nm)
Aplikacje
Sita molekularne są często wykorzystywane w przemyśle naftowym, zwłaszcza do suszenia strumieni gazów. Na przykład w przemyśle ciekłego gazu ziemnego (LNG) zawartość wody w gazie należy zmniejszyć do mniej niż 1 ppmv, aby zapobiec zatorom powodowanym przez lód lub klatrat metanu.
W laboratorium do suszenia rozpuszczalnika stosuje się sita molekularne. „Sita” okazały się lepsze od tradycyjnych technik suszenia, w których często stosuje się agresywne środki osuszające.
Pod nazwą zeolity sita molekularne są wykorzystywane w szerokim zakresie zastosowań katalitycznych. Katalizują izomeryzację, alkilację i epoksydację i są stosowane w procesach przemysłowych na dużą skalę, w tym w hydrokrakingu i płynnym krakingu katalitycznym.
Wykorzystuje się je także do filtracji powietrza zasilającego aparaty oddechowe, np. używane przez płetwonurków i strażaków. W takich zastosowaniach powietrze jest dostarczane przez sprężarkę powietrza i przepuszczane przez filtr kasetowy, który w zależności od zastosowania jest wypełniony sitem molekularnym i/lub węglem aktywnym, a ostatecznie służy do ładowania zbiorników powietrza do oddychania. Taka filtracja może usuwać cząstki stałe i produkty wydechowe sprężarki z dopływu powietrza do oddychania.
Zatwierdzenie FDA.
Amerykańska FDA zatwierdziła od 1 kwietnia 2012 r. glinokrzemian sodu do bezpośredniego kontaktu z materiałami eksploatacyjnymi zgodnie z 21 CFR 182.2727. Przed tym zatwierdzeniem Unia Europejska stosowała sita molekularne w produktach farmaceutycznych, a niezależne testy wykazały, że sita molekularne spełniają wszystkie wymagania rządowe, ale branża nie chciała finansować kosztownych testów wymaganych do zatwierdzenia przez rząd.
Regeneracja
Metody regeneracji sit molekularnych obejmują zmianę ciśnienia (jak w koncentratorach tlenu), ogrzewanie i przepłukiwanie gazem nośnym (jak w przypadku odwadniania etanolu) lub ogrzewanie w wysokiej próżni. Temperatury regeneracji wahają się od 175°C (350°F) do 315°C (600°F), w zależności od typu sita molekularnego. Natomiast żel krzemionkowy można zregenerować, podgrzewając go w zwykłym piekarniku do 120 ° C (250 ° F) przez dwie godziny. Jednakże niektóre rodzaje żelu krzemionkowego „wyskoczą” po wystawieniu na działanie wystarczającej ilości wody. Jest to spowodowane pękaniem kulek krzemionki w kontakcie z wodą.

Model	Średnica porów (Angström)	Gęstość nasypowa (g/ml)	Zaadsorbowana woda (% wag)	Ścieranie lub ścieranie, W(% wag.)	Stosowanie
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Osuszaniezkraking ropy naftowejgaz i alkeny, selektywna adsorpcja H2O wszkło zespolone (IG)i poliuretan, suszeniepaliwo etanolowedo mieszania z benzyną.
4Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Adsorpcja wody wglinokrzemian soduktóry jest zatwierdzony przez FDA (patrzponiżej) używane jako sito molekularne w pojemnikach medycznych, aby utrzymać zawartość w suchości i jakododatek do żywnościmającyNumer EE-554 (substancja przeciwzbrylająca); Preferowany do odwadniania statycznego w zamkniętych układach cieczy lub gazu, np. w opakowaniach leków, komponentów elektrycznych i łatwo psujących się chemikaliów; odwadnianie w instalacjach drukarskich i tworzyw sztucznych oraz suszenie strumieni nasyconych węglowodorów. Zaadsorbowane gatunki obejmują SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 i C3H6. Ogólnie uważany za uniwersalny środek suszący w mediach polarnych i niepolarnych;[12]oddzieleniegaz ziemnyIalkeny, adsorpcja wody w materiałach niewrażliwych na azotpoliuretan
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Odtłuszczanie i obniżenie temperatury krzepnięcialotnictwo nafta oczyszczonaIdieseli separacja alkenów
5Å mały, wzbogacony w tlen	5	0,4–0,8	≥23		Specjalnie zaprojektowany do generatora medycznego lub zdrowego tlenu [potrzebny cytat]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Osuszanie i oczyszczanie powietrza;odwodnienieIodsiarczaniegazu ziemnego igaz płynny;tlenIwodórprodukcja wgadsorpcja zmiennociśnieniowaproces
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Wysokoefektywna sorpcja, stosowana do osuszania, odwęglenia, odsiarczania gazów i cieczy oraz separacjiwęglowodór aromatyczny
13X	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Osuszanie, odsiarczanie i oczyszczanie gazu ziemnego i ropy naftowej
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Odwęglaniei osuszanie w przemyśle separacji powietrza, oddzielanie azotu od tlenu w koncentratorach tlenu
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Słodzenie(usunięcietiole) zpaliwo lotniczei odpowiadająceciekłe węglowodory

Możliwości adsorpcji

3Å

Przybliżony wzór chemiczny: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3 • 2 SiO2 • 9/2 H2O

Stosunek krzemionka-tlenek glinu: SiO2/Al2O3≈2

Produkcja

Sita molekularne 3A produkowane są metodą wymiany kationowejpotasDosódna sitach molekularnych 4A (patrz poniżej)

Stosowanie

Sita molekularne 3Å nie adsorbują cząsteczek, których średnica jest większa niż 3 Å. Charakterystyka tych sit molekularnych obejmuje dużą prędkość adsorpcji, częstą zdolność regeneracji, dobrą odporność na kruszenie iodporność na zanieczyszczenia. Cechy te mogą poprawić zarówno wydajność, jak i żywotność sita. Sita molekularne 3Å są niezbędnym środkiem osuszającym w przemyśle naftowym i chemicznym do rafinacji ropy naftowej, polimeryzacji i chemicznego głębokiego suszenia gaz-ciecz.

Sita molekularne 3Å służą do suszenia szeregu materiałów, takich jaketanol, powietrze,czynniki chłodnicze,gaz ziemnyInienasycone węglowodory. Do tych ostatnich zalicza się gaz krakingowy,acetylen,etylen,propylenIbutadien.

Sito molekularne 3Å służy do usuwania wody z etanolu, który można później wykorzystać bezpośrednio jako biopaliwo lub pośrednio do produkcji różnych produktów, takich jak chemikalia, żywność, farmaceutyki i inne. Ponieważ zwykła destylacja nie jest w stanie usunąć całej wody (niepożądanego produktu ubocznego przy produkcji etanolu) ze strumieni procesowych wytwarzania etanolu ze względu na tworzenie sięazeotropprzy stężeniu około 95,6% wagowych kulki sit molekularnych stosuje się do oddzielania etanolu i wody na poziomie molekularnym poprzez adsorbowanie wody w kulkach i umożliwienie swobodnego przepływu etanolu. Gdy kulki napełnią się wodą, można manipulować temperaturą lub ciśnieniem, umożliwiając uwolnienie wody z kulek sita molekularnego.[15]

Sita molekularne 3Å przechowuje się w temperaturze pokojowej, przy wilgotności względnej nie większej niż 90%. Są uszczelniane pod zmniejszonym ciśnieniem i trzymane z dala od wody, kwasów i zasad.

4Å

Wzór chemiczny: Na2O·Al2O3·2SiO2·9/2H2O

Stosunek krzem-aluminium: 1:1 (SiO2/Al2O3≈2)

Produkcja

Produkcja sita 4Å jest stosunkowo prosta, ponieważ nie wymaga wysokich ciśnień ani szczególnie wysokich temperatur. Zazwyczaj wodne roztworykrzemian soduIglinian sodułączy się w temperaturze 80°C. Produkt impregnowany rozpuszczalnikiem jest „aktywowany” poprzez „wypiekanie” w temperaturze 400°C. Sita 4A służą jako prekursor sit 3A i 5A poprzezwymiana kationowazsódDopotas(dla 3A) lubwapń(dla 5A)

Stosowanie

Rozpuszczalniki suszące

Sita molekularne 4Å są szeroko stosowane do suszenia rozpuszczalników laboratoryjnych. Mogą absorbować wodę i inne cząsteczki o średnicy krytycznej mniejszej niż 4 Å, takie jak NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 i C2H4. Znajdują szerokie zastosowanie w suszeniu, rafinacji i oczyszczaniu cieczy i gazów (np. wytwarzanie argonu).

 

Dodatki do środków poliestrowych [redagować]

Te sita molekularne służą do wspomagania detergentów, ponieważ mogą wytwarzać wodę zdemineralizowanąwapńwymianę jonową, usuwają i zapobiegają osadzaniu się brudu. Są powszechnie stosowane jako zamiennikifosfor. Sito molekularne 4Å odgrywa główną rolę w zastępowaniu trójpolifosforanu sodu jako środka pomocniczego do detergentu, aby złagodzić wpływ detergentu na środowisko. Można go również używać jakomydłośrodek formujący i inpasta do zębów.

Szkodliwa utylizacja odpadów

Sita molekularne 4Å mogą oczyszczać ścieki z gatunków kationowych takich jakamonjony Pb2+, Cu2+, Zn2+ i Cd2+. Ze względu na wysoką selektywność wobec NH4+ znalazły one z powodzeniem zastosowanie bojowe w terenieeutrofizacjai inne skutki w drogach wodnych spowodowane nadmierną ilością jonów amonowych. Sita molekularne 4Å stosuje się również do usuwania jonów metali ciężkich obecnych w wodzie w wyniku działalności przemysłowej.

Inne cele

Theprzemysł metalurgiczny: środek oddzielający, separacja, ekstrakcja solanki potasowej,rubid,cezitp.

Przemysł petrochemiczny,katalizator,środek osuszający, adsorbent

Rolnictwo:użyźniacz gleby

Medycyna: załaduj srebrozeolitśrodek przeciwbakteryjny.

5Å

Wzór chemiczny: 0,7CaO·0,30Na2O·Al2O3·2,0SiO2 •4,5H2O

Stosunek krzemionka-tlenek glinu: SiO2/Al2O3≈2

Produkcja

Sita molekularne 5A produkowane są metodą wymiany kationowejwapńDosódna sitach molekularnych 4A (patrz wyżej)

Stosowanie

Pięć-ångströmSita molekularne (5Å) są często wykorzystywane wropa naftowaprzemyśle, szczególnie do oczyszczania strumieni gazów oraz w laboratorium chemicznym do separacjizwiązkii materiały wyjściowe do reakcji suszenia. Zawierają maleńkie pory o precyzyjnej i jednolitej wielkości i są stosowane głównie jako adsorbent gazów i cieczy.

Do suszenia stosuje się sita molekularne o średnicy pięciu ångströmgaz ziemnywraz z występamiodsiarczanieIdekarbonizacjagazu. Można nimi także oddzielać mieszaniny tlenu, azotu i wodoru oraz n-węglowodorów olejowo-woskowych od węglowodorów rozgałęzionych i policyklicznych.

Sita molekularne Five-ångström przechowuje się w temperaturze pokojowej, w temperaturze okwilgotność względnamniej niż 90% w beczkach kartonowych lub opakowaniach kartonowych. Nie należy wystawiać sit molekularnych na bezpośredni kontakt z powietrzem i wodą, należy unikać kwasów i zasad.

Morfologia sit molekularnych

Sita molekularne dostępne są w różnych kształtach i rozmiarach. Kuliste kulki mają jednak przewagę nad innymi kształtami, ponieważ zapewniają niższy spadek ciśnienia, są odporne na ścieranie, ponieważ nie mają ostrych krawędzi i mają dobrą wytrzymałość, tj. wymagana siła zgniatania na jednostkę powierzchni jest większa. Niektóre kulkowe sita molekularne oferują niższą pojemność cieplną, a tym samym mniejsze zapotrzebowanie na energię podczas regeneracji.

Inną zaletą stosowania kulkowych sit molekularnych jest to, że gęstość nasypowa jest zwykle większa niż w przypadku innych kształtów, dlatego przy tych samych wymaganiach adsorpcyjnych wymagana objętość sit molekularnych jest mniejsza. Zatem podczas usuwania wąskich gardeł można zastosować kulkowe sita molekularne, załadować więcej adsorbentu w tej samej objętości i uniknąć jakichkolwiek modyfikacji naczynia.