Molekularno sito je materijal s porama (vrlo malim rupicama) ujednačene veličine

Molekularno sito je materijal s porama (vrlo malim rupicama) ujednačene veličine. Promjeri ovih pora su slične veličine malim molekulama, te stoga velike molekule ne mogu ući ili se adsorbirati, dok manje molekule mogu. Kako smjesa molekula migrira kroz stacionarni sloj porozne, polučvrste tvari koja se naziva sito (ili matrica), komponente najveće molekularne težine (koje ne mogu proći u molekularne pore) prve napuštaju sloj, a zatim slijede manje molekule. Neka molekularna sita se koriste u hromatografiji isključivanja po veličini, tehnici separacije koja sortira molekule na osnovu njihove veličine. Druga molekularna sita se koriste kao desikanti (neki primjeri uključuju aktivni ugalj i silika gel).
Prečnik pora molekularnog sita mjeri se u angstremima (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 se stoga nalazi u sredini s prečnikom pora između 2 i 50 nm (20–500 Å).
Materijali
Molekularna sita mogu biti mikroporozni, mezoporozni ili makroporozni materijal.
Mikroporozni materijal (
●Zeoliti (aluminosilikatni minerali, ne treba ih miješati s aluminijskim silikatom)
●LTA zeolita: 3–4 Å
●Porozno staklo: 10 Å (1 nm) i više
●Aktivni ugalj: 0–20 Å (0–2 nm) i više
●Gline
●Mješavine montmorilonita
●Haloysit (endelit): Postoje dva uobičajena oblika: kada je hidratizirana, glina pokazuje razmak slojeva od 1 nm, a kada je dehidrirana (meta-halojzit), razmak je 0,7 nm. Halojzit se prirodno javlja u obliku malih cilindara prosječnog promjera 30 nm s dužinom između 0,5 i 10 mikrometara.
Mezoporozni materijal (2–50 nm)
Silicijum dioksid (koristi se za izradu silika gela): 24 Å (2,4 nm)
Makroporozni materijal (>50 nm)
Makroporozni silicijum dioksid, 200–1000 Å (20–100 nm)
Primjene[uredi]
Molekularna sita se često koriste u naftnoj industriji, posebno za sušenje plinskih tokova. Na primjer, u industriji tekućeg prirodnog plina (LNG), sadržaj vode u plinu mora se smanjiti na manje od 1 ppmv kako bi se spriječile blokade uzrokovane ledom ili metan klatratom.
U laboratoriji se molekularna sita koriste za sušenje rastvarača. "Sita" su se pokazala superiornijim u odnosu na tradicionalne tehnike sušenja, koje često koriste agresivna sredstva za sušenje.
Pod terminom zeoliti, molekularna sita se koriste za širok spektar katalitičkih primjena. Ona kataliziraju izomerizaciju, alkilaciju i epoksidaciju, te se koriste u industrijskim procesima velikih razmjera, uključujući hidrokreking i fluid katalitičko kreking.
Također se koriste za filtriranje dovoda zraka za aparate za disanje, na primjer one koje koriste ronioci i vatrogasci. U takvim primjenama, zrak se dovodi pomoću kompresora zraka i prolazi kroz filter ulošcima koji je, ovisno o primjeni, ispunjen molekularnim sitom i/ili aktivnim ugljem, a na kraju se koristi za punjenje boca zraka za disanje. Takva filtracija može ukloniti čestice i ispušne proizvode kompresora iz dovoda zraka za disanje.
Odobrenje FDA-e.
Američka Agencija za hranu i lijekove (FDA) je od 1. aprila 2012. godine odobrila natrijum aluminosilikat za direktan kontakt sa potrošnim materijalima prema 21 CFR 182.2727. Prije ovog odobrenja, Evropska unija je koristila molekularna sita s farmaceutskim proizvodima, a nezavisna testiranja sugerisala su da molekularna sita ispunjavaju sve vladine zahtjeve, ali industrija nije bila voljna finansirati skupa testiranja potrebna za vladino odobrenje.
Regeneracija
Metode za regeneraciju molekularnih sita uključuju promjenu pritiska (kao u koncentratorima kisika), zagrijavanje i pročišćavanje plinom nosačem (kao kada se koristi u dehidraciji etanola) ili zagrijavanje pod visokim vakuumom. Temperature regeneracije kreću se od 175 °C do 315 °C, ovisno o vrsti molekularnog sita. Nasuprot tome, silika gel se može regenerirati zagrijavanjem u običnoj pećnici na 120 °C tokom dva sata. Međutim, neke vrste silika gela će "puknuti" kada su izložene dovoljnoj količini vode. To je uzrokovano lomljenjem silika sfera prilikom kontakta s vodom.

Model	Prečnik pora (Ångström)	Gustoća nasipnog materijala (g/ml)	Adsorbovana voda (% w/w)	Habanje ili abrazija, W(% m/m)	Upotreba
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Desikacijaodkrekiranje nafteplin i alkeni, selektivna adsorpcija H2O uizolirano staklo (IG)i poliuretana, sušenjeetanolsko gorivoza miješanje s 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 kako bi sadržaj ostao suh i kaoaditiv za hranuimajućiE-brojE-554 (sredstvo protiv zgrudnjavanja); Poželjno za statičku dehidraciju u zatvorenim tečnim ili gasnim sistemima, npr. u pakovanju lijekova, električnih komponenti i kvarljivih hemikalija; za uklanjanje vode u štamparskim i plastičnim sistemima i sušenje zasićenih ugljikovodičnih tokova. Adsorbovane vrste uključuju SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 i C3H6. Općenito se smatra univerzalnim sredstvom za sušenje u polarnim i nepolarnim medijima;[12]odvajanje odprirodni plinialkeniadsorpcija vode u površinama koje nisu osjetljive na dušikpoliuretan
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Odmašćivanje i snižavanje tačke stinjavanjaavijacija kerozinidizeli odvajanje alkena
5Å mali obogaćeni kisikom	5	0,4–0,8	≥23		Specijalno dizajniran za generator medicinskog ili zdravstvenog kisikapotreban citat]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Isušivanje i prečišćavanje zraka;dehidracijaiodsumporavanjeprirodnog plina itečni naftni plin;kisikivodikproizvodnja od straneadsorpcija s promjenom pritiskaproces
10 puta	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Visokoefikasna sorpcija, koristi se u desikaciji, dekarburizaciji, desumporizaciji gasa i tečnosti i odvajanjuaromatični ugljikovodik
13 puta	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Desikacija, odsumporavanje i pročišćavanje naftnog plina i prirodnog plina
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Dekarburizacijai desikacija 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) odavionsko gorivoi odgovarajućetečni ugljikovodici

Sposobnosti adsorpcije

3Å

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

Odnos silicijum dioksida i aluminijum oksida: SiO2/ Al2O3≈2

Produkcija

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

Upotreba

Molekularna sita od 3 Å ne adsorbiraju molekule čiji su promjeri veći od 3 Å. Karakteristike ovih molekularnih sita uključuju brzu brzinu adsorpcije, sposobnost česte regeneracije, dobru otpornost na drobljenje iotpornost na zagađenjeOve karakteristike mogu poboljšati i efikasnost i vijek trajanja sita. Molekularna sita od 3 Å su neophodno sredstvo za sušenje u naftnoj i hemijskoj industriji za rafiniranje nafte, polimerizaciju i dubinsko sušenje gasno-tečnih sistema.

Molekularna sita od 3 Å se koriste za sušenje niza materijala, kao što suetanol, zrak,rashladna sredstva,prirodni plininezasićeni ugljikovodiciPotonji uključuju plin za krekiranje,acetilen,etilen,propilenibutadien.

Molekularno sito od 3 Å se koristi za uklanjanje vode iz etanola, koji se kasnije može direktno koristiti kao biogorivo ili indirektno za proizvodnju raznih proizvoda kao što su hemikalije, hrana, farmaceutski proizvodi i drugo. Budući da normalna destilacija ne može ukloniti svu vodu (neželjeni nusproizvod iz proizvodnje etanola) iz procesnih tokova etanola zbog formiranja...azeotropPri koncentraciji od oko 95,6 posto težinski, molekularne sitaste kuglice se koriste za odvajanje etanola i vode na molekularnom nivou adsorpcijom vode u kuglice i omogućavanjem slobodnog prolaska etanola. Nakon što se kuglice napune vodom, temperatura ili pritisak se mogu manipulisati, omogućavajući oslobađanje vode iz molekularnih sitastih kuglica.[15]

Molekularna sita od 3 Å čuvaju se na sobnoj temperaturi, s relativnom vlažnošću zraka ne većom od 90%. Zatvorena su pod smanjenim pritiskom, zaštićena od vode, kiselina i alkalija.

4Å

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

Odnos silicija i aluminija: 1:1 (SiO2/ Al2O3≈2)

Produkcija

Proizvodnja sita od 4 Å je relativno jednostavna jer ne zahtijeva ni visoke pritiske ni posebno visoke temperature. Tipično, vodeni rastvori...natrijum silikatinatrijum aluminatse kombinuju na 80 °C. Proizvod impregniran rastvaračem se "aktivira" "pečenjem" na 400 °C. Sita 4A služe kao prethodnica sitima 3A i 5A krozizmjena kationaodnatrijzakalij(za 3A) ilikalcij(za 5A)

Upotreba

Sušiva rastvarača

Molekularna sita od 4 Å se široko koriste za sušenje laboratorijskih rastvarača. Mogu apsorbirati vodu i druge molekule kritičnog promjera manjeg od 4 Å, kao što su NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 i C2H4. Široko se koriste u sušenju, rafiniranju i pročišćavanju tekućina i plinova (kao što je priprema argona).

 

Aditivi za poliester [uredi]

Ova molekularna sita se koriste kao pomoć deterdžentima jer mogu proizvesti demineraliziranu vodu.kalcijionska izmjena, uklanjanje i sprječavanje taloženja prljavštine. Široko se koriste za zamjenufosforMolekularno sito od 4 Å igra glavnu ulogu u zamjeni natrijum tripolifosfata kao pomoćnog sredstva u deterdžentu kako bi se ublažio uticaj deterdženta na okolinu. Također se može koristiti kaosapunsredstvo za oblikovanje i upasta za zube.

Tretman štetnog otpada

Molekularna sita od 4 Å mogu pročistiti otpadne vode od kationskih vrsta kao što suamonijumioni, Pb2+, Cu2+, Zn2+ i Cd2+. Zbog visoke selektivnosti za NH4+, uspješno su primijenjeni na terenu za borbu protiveutrofikacijai druge efekte u vodenim tokovima zbog prekomjernih amonijevih iona. Molekularna sita od 4 Å su također korištena za uklanjanje iona teških metala prisutnih u vodi zbog industrijskih aktivnosti.

Druge namjene

Themetalurška industrijasredstvo za odvajanje, odvajanje, ekstrakcija kalijeve soli,rubidijum,cezijumitd.

Petrohemijska industrija,katalizator,desikant, adsorbent

Poljoprivreda:poboljšivač tla

Lijek: opterećenje srebromzeolitantibakterijsko sredstvo.

5Å

Hemijska formula: 0,7 CaO • 0,30 Na₂ O • Al₂ O₃ • 2,0 SiO₂ • 4,5 H₂ O

Odnos silicijum dioksida i aluminijum oksida: SiO2/ Al2O3≈2

Produkcija

Molekularna sita 5A se proizvode kationskom izmjenomkalcijzanatriju molekularnim sitima 4A (vidi gore)

Upotreba

Pet-Ångström(5Å) molekularna sita se često koriste unaftaindustriji, posebno za prečišćavanje gasnih tokova i u hemijskim laboratorijama za odvajanjespojevii početni materijali za reakciju sušenja. Sadrže sitne pore precizne i ujednačene veličine i uglavnom se koriste kao adsorbent za plinove i tekućine.

Molekularna sita od pet Ångströma se koriste za sušenjeprirodni plin, zajedno s nastupomodsumporavanjeidekarbonizacijaplina. Mogu se koristiti i za odvajanje smjesa kisika, dušika i vodika, te n-ugljikovodika na bazi ulja i voska od razgranatih i policikličkih ugljikovodika.

Molekularna sita od pet Ångströma čuvaju se na sobnoj temperaturi, sarelativna vlažnostmanje od 90% u kartonskim bačvama ili kartonskoj ambalaži. Molekularna sita ne smiju biti direktno izložena zraku i vodi, a kiseline i alkalije treba izbjegavati.

Morfologija molekularnih sita

Molekularna sita su dostupna u različitim oblicima i veličinama. Ali sferne kuglice imaju prednost u odnosu na druge oblike jer nude manji pad pritiska, otporne su na habanje jer nemaju oštre rubove i imaju dobru čvrstoću, tj. sila drobljenja potrebna po jedinici površine je veća. Određena molekularna sita s kuglicama nude niži toplinski kapacitet, a time i niže energetske potrebe tokom regeneracije.

Druga prednost korištenja molekularnih sita s kuglicama je što je njihova nasipna gustoća obično veća nego kod drugih oblika, pa je za iste potrebe adsorpcije potreban manji volumen molekularnog sita. Stoga, prilikom uklanjanja uskih grla, mogu se koristiti molekularna sita s kuglicama, učitati više adsorbenta u istoj zapremini i izbjeći bilo kakve modifikacije posude.