Molekularno sito je materijal sa porama (vrlo malim rupama) ujednačene veličine

Molekularno sito je materijal sa porama (vrlo malim rupama) ujednačene veličine. Ovi promjeri pora su po veličini slični malim molekulima, tako da veliki molekuli ne mogu ući niti biti adsorbirani, dok manji molekuli mogu. Kako mješavina molekula migrira kroz stacionarni sloj porozne, polučvrste tvari koja se naziva sito (ili matriks), komponente najveće molekulske težine (koje ne mogu proći u molekularne pore) napuštaju sloj prve, praćene sukcesivno manjim molekulima. Neka molekularna sita se koriste u hromatografiji bez veličine, tehnici razdvajanja koja sortira molekule na osnovu njihove veličine. Druga molekularna sita se koriste kao sredstva za sušenje (neki primjeri uključuju aktivni ugalj i silika gel).
Promjer pora molekularnog sita mjeri se u ångstromima (Å) ili nanometrima (nm). Prema IUPAC notaciji, mikroporozni materijali imaju prečnik pora manji od 2 nm (20 Å), a makroporozni materijali imaju prečnik pora veći od 50 nm (500 Å); mezoporozna kategorija stoga leži u sredini sa prečnikom pora između 2 i 50 nm (20–500 Å).
Materijali
Molekularna sita mogu biti mikroporozni, mezoporozni ili makroporozni materijali.
Mikroporozni materijal (
●Zeoliti (aluminosilikatni minerali, ne brkati se sa aluminijum silikatom)
●Zeolit ​​LTA: 3–4 Å
●Porozno staklo: 10 Å (1 nm) i više
●Aktivni ugljen: 0–20 Å (0–2 nm) i više
●Gline
●Montmorilonitne mešavine
●Halloysite (endellite): Pronađena su dva uobičajena oblika, kada je hidratizirana glina pokazuje razmak između slojeva od 1 nm, a kada je dehidrirana (meta-haloysite) razmak je 0,7 nm. Haloazit se prirodno javlja kao mali cilindri prosječnog promjera 30 nm s dužinama između 0,5 i 10 mikrometara.
Mezoporozni materijal (2-50 nm)
Silicijum dioksid (koristi se za pravljenje silika gela): 24 Å (2,4 nm)
Makroporozni materijal (>50 nm)
Makroporozni silicijum, 200–1000 Å (20–100 nm)
Prijave[uredi]
Molekularna sita se često koriste u naftnoj industriji, posebno za sušenje gasnih tokova. Na primjer, u industriji tekućeg prirodnog plina (LNG), sadržaj vode u plinu treba smanjiti na manje od 1 ppmv kako bi se spriječile blokade uzrokovane ledom ili metanskim klatratom.
U laboratoriji se za sušenje rastvarača koriste molekularna sita. "Sita" su se pokazala superiornom u odnosu na tradicionalne tehnike sušenja, koje često koriste agresivna sredstva za sušenje.
Pod pojmom zeoliti, molekularna sita se koriste za širok spektar katalitičkih primjena. Oni katalizuju izomerizaciju, alkilaciju i epoksidaciju i koriste se u industrijskim procesima velikih razmjera, uključujući hidrokrekiranje i fluidno katalitičko krekiranje.
Koriste se i za filtriranje dovoda zraka za aparate za disanje, na primjer one koje koriste ronioci i vatrogasci. U takvim primjenama, zrak se napaja zračnim kompresorom i prolazi kroz filter uložak koji se, ovisno o primjeni, puni molekularnim sitom i/ili aktivnim ugljenom, na kraju se koristi za punjenje rezervoara zraka za disanje. Takva filtracija može ukloniti čestice i izduvni proizvodi kompresora iz dovoda zraka za disanje.
Odobrenje FDA.
Američka FDA je od 1. aprila 2012. odobrila natrijum aluminosilikat za direktan kontakt s potrošnim predmetima prema 21 CFR 182.2727. Prije ovog odobrenja Evropska unija je koristila molekularna sita s farmaceutskim proizvodima i neovisno testiranje je sugeriralo da molekularna sita ispunjavaju sve vladine zahtjeve, ali industrija nije bila voljna da finansira skupo testiranje potrebno za odobrenje vlade.
Regeneracija
Metode za regeneraciju molekularnih sita uključuju promjenu tlaka (kao u koncentratorima kisika), zagrijavanje i pročišćavanje pomoću plina nosača (kao kada se koristi u dehidrataciji etanola) ili zagrijavanje pod visokim vakuumom. Temperature regeneracije se kreću od 175 °C (350 °F) do 315 °C (600 °F) u zavisnosti od tipa molekularnog sita. Nasuprot tome, silika gel se može regenerisati zagrijavanjem u običnoj pećnici na 120 °C (250 °F) dva sata. Međutim, neke vrste silika gela će "iskočiti" kada su izložene dovoljnoj količini vode. Ovo je uzrokovano lomljenjem silicijumskih sfera pri kontaktu s vodom.

Model	Prečnik pora (Ångström)	Zapreminska gustina (g/ml)	adsorbovana voda (% w/w)	Istrošenost ili abrazija, W(% w/w)	Upotreba
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Isušivanjeofkreking naftegas i alkeni, selektivna adsorpcija H2O uizo staklo (IG)i poliuretana, sušenje odetanol gorivoza mešanje sa benzinom.
4Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Adsorpcija vode unatrijum aluminosilikatkoji je odobren od strane FDA (vidiispod) koristi se kao molekularno sito u medicinskim posudama za održavanje sadržaja suvim i kaoaditiva za hranuvlasništvoE-brojE-554 (sredstvo protiv zgrušavanja); Poželjno za statičku dehidraciju u zatvorenim tečnim ili gasnim sistemima, npr. u pakovanju lekova, električnih komponenti i kvarljivih hemikalija; uklanjanje vode u štamparskim i plastičnim sistemima i sušenje zasićenih tokova ugljovodonika. Adsorbirane vrste uključuju SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 i C3H6. Općenito se smatra univerzalnim sredstvom za sušenje u polarnim i nepolarnim medijima;[12]razdvajanjeprirodni gasialkeni, adsorpcija vode u neosjetljivim na dušikpoliuretan
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Odmašćivanje i depresija tačke tečenjaavijacija kerozinidizeli odvajanje alkena
5Å mali obogaćen kiseonikom	5	0,4–0,8	≥23		Posebno dizajniran za medicinski ili zdrav generator kisika[potreban citat]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Isušivanje i pročišćavanje zraka;dehidracijaiodsumporavanjeprirodnog gasa itečni naftni gas;kiseonikivodonikproizvodnja od straneadsorpcija kolebanja pritiskaproces
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Visoko efikasna sorpcija, koristi se za isušivanje, dekarbonizaciju, odsumporavanje gasa i tečnosti i odvajanjearomatični ugljovodonik
13X	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Desikacija, odsumporavanje i prečišćavanje naftnog i prirodnog gasa
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Dekarbonizacijai isušivanje u industriji separacije zraka, odvajanje dušika od kisika u koncentratorima kisika
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Zaslađivanje(uklanjanjetioli) ofavio gorivoi odgovarajućitečni ugljovodonici

Sposobnosti adsorpcije

3Å

Približna hemijska formula: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3• 2 SiO2 • 9/2 H2O

Odnos silicijum-aluminijum: SiO2/ Al2O3≈2

Proizvodnja

3A molekularna sita se proizvode kationskom izmjenomkalijumzanatrijumu 4A molekularnim sitima (vidi dolje)

Upotreba

Molekularna sita od 3Å ne adsorbuju molekule čiji su prečnici veći od 3Å. Karakteristike ovih molekularnih sita uključuju brzu brzinu adsorpcije, čestu sposobnost regeneracije, dobru otpornost na drobljenje iotpornost na zagađenje. Ove karakteristike mogu poboljšati i efikasnost i vijek trajanja sita. Molekularna sita od 3Å su neophodna sredstva za sušenje u naftnoj i hemijskoj industriji za rafinaciju nafte, polimerizaciju i hemijsko dubinsko sušenje gas-tečnost.

3Å molekularna sita se koriste za sušenje niza materijala, kao npretanol, zrak,rashladna sredstva,prirodni gasinezasićeni ugljovodonici. Potonji uključuju gas za krekiranje,acetilen,etilen,propilenibutadien.

3Å molekularno sito se koristi za uklanjanje vode iz etanola, koji se kasnije može koristiti direktno kao biogorivo ili indirektno za proizvodnju različitih proizvoda kao što su hemikalije, hrana, farmaceutski proizvodi i još mnogo toga. Budući da normalna destilacija ne može ukloniti svu vodu (nepoželjni nusproizvod proizvodnje etanola) iz tokova procesa etanola zbog stvaranjaazeotroppri koncentraciji od oko 95,6 posto po težini, kuglice molekularnog sita se koriste za odvajanje etanola i vode na molekularnom nivou tako što se voda adsorbira u kuglice i dopušta da etanol slobodno prolazi. Jednom kada su kuglice pune vode, temperaturom ili pritiskom se može manipulirati, omogućavajući da se voda oslobodi iz perli molekularnog sita.[15]

Molekularna sita od 3Å se čuvaju na sobnoj temperaturi, sa relativnom vlažnošću vazduha ne većom od 90%. Zapečaćeni su pod sniženim pritiskom, držeći se podalje od vode, kiselina i lužina.

4Å

Hemijska formula: Na2O•Al2O3•2SiO2•9/2H2O

Odnos silicijum-aluminijum: 1:1 (SiO2/ Al2O3≈2)

Proizvodnja

Proizvodnja 4Å sita je relativno jednostavna jer ne zahtijeva ni visoke pritiske ni posebno visoke temperature. Obično vodene otopinenatrijum silikatinatrijum aluminatse kombinuju na 80 °C. Proizvod impregniran rastvaračem se "aktivira" "pečenjem" na 400 °C. 4A sita služe kao prethodnik 3A i 5A sita krozkatjonska izmjenaofnatrijumzakalijum(za 3A) ilikalcijum(za 5A)

Upotreba

Rastvarači za sušenje

4Å molekularna sita se široko koriste za sušenje laboratorijskih rastvarača. Mogu da apsorbuju vodu i druge molekule sa kritičnim prečnikom manjim od 4 Å, kao što su NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 i C2H4. Široko se koriste u sušenju, rafiniranju i prečišćavanju tekućina i plinova (kao što je priprema argona).

 

Poliesterski aditivi[edit]

Ova molekularna sita se koriste kao pomoć deterdžentima jer mogu proizvesti demineraliziranu vodukalcijumjonska izmjena, uklanjaju i sprječavaju taloženje prljavštine. Široko se koriste za zamjenufosfor. Molekularno sito 4Å igra glavnu ulogu u zamjeni natrijum tripolifosfata kao pomoćnog deterdženta kako bi se ublažio utjecaj deterdženta na okoliš. Takođe se može koristiti kao asapunsredstvo za formiranje i upasta za zube.

Tretman štetnog otpada

4Å molekularna sita mogu pročistiti kanalizaciju od kationskih vrsta kao što suamonijumjoni, Pb2+, Cu2+, Zn2+ i Cd2+. Zbog visoke selektivnosti za NH4+ uspješno se primjenjuju na terenu za borbueutrofikacijai drugi efekti u vodenim putevima zbog viška amonijum jona. Molekularna sita od 4Å također su korištena za uklanjanje jona teških metala prisutnih u vodi zbog industrijskih aktivnosti.

Druge svrhe

Themetalurške industrije: sredstvo za odvajanje, separacija, ekstrakcija slanog kalija,rubidijum,cezijum, itd.

petrohemijska industrija,katalizator,desikant, adsorbent

poljoprivreda:regenerator tla

Lijek: opterećenje srebromzeolitaantibakterijsko sredstvo.

5Å

Hemijska formula: 0,7CaO•0,30Na2O•Al2O3•2,0SiO2 •4,5H2O

Odnos silicijum-aluminijum: SiO2/ Al2O3≈2

Proizvodnja

5A molekularna sita se proizvode kationskom izmjenomkalcijumzanatrijumu 4A molekularnim sitima (vidi gore)

Upotreba

pet-ångström(5Å) molekularna sita se često koriste upetroleumindustriji, posebno za prečišćavanje gasnih tokova i u hemijskom laboratoriju za odvajanjespojevai početni materijali reakcije sušenja. Sadrže sitne pore precizne i ujednačene veličine i uglavnom se koriste kao adsorbens za gasove i tečnosti.

Za sušenje se koriste molekularna sita od pet ångströmovaprirodni gas, uz nastupodsumporavanjeidekarbonizacijagasa. Mogu se koristiti i za odvajanje mješavine kisika, dušika i vodika, te n-ugljovodonika ulja i voska od razgranatih i policikličnih ugljovodonika.

Molekularna sita od pet ångströma se čuvaju na sobnoj temperaturi, sa arelativna vlažnostmanje od 90% u kartonskim buradima ili kartonskoj ambalaži. Molekularna sita ne bi trebalo da budu direktno izložena vazduhu i vodi, treba izbegavati kiseline i alkalije.

Morfologija molekularnih sita

Molekularna sita su dostupna u različitim oblicima i veličinama. No, sferične perle imaju prednost u odnosu na druge oblike jer nude manji pad tlaka, otporne su na habanje jer nemaju oštre rubove i imaju dobru čvrstoću, tj. veća je sila gnječenja po jedinici površine. Određena molekularna sita sa zrncima nude niži toplotni kapacitet, a samim tim niže potrebe za energijom tokom regeneracije.

Druga prednost upotrebe zrnatih molekularnih sita je nasipna gustina obično veća od drugih oblika, tako da je za isti zahtjev za adsorpciju potrebna zapremina molekularnog sita manja. Dakle, dok se radi otklanjanja uskog grla, može se koristiti zrnasta molekularna sita, ubaciti više adsorbenta u istoj zapremini i izbjeći bilo kakve modifikacije posude.