Molekularno sito je materijal s porama (vrlo malim rupama) jednake veličine

Molekularno sito je materijal s porama (vrlo malim rupama) jednake veličine. Ovi promjeri pora po veličini su slični malim molekulama, pa velike molekule ne mogu ući ili se adsorbirati, dok manje molekule mogu. Kako smjesa molekula migrira kroz stacionarni sloj porozne, polukrute tvari koja se naziva sito (ili matrica), komponente najveće molekularne težine (koje ne mogu proći u molekularne pore) prve napuštaju sloj, nakon čega slijede sukcesivno manje molekule. Neka molekularna sita koriste se u kromatografiji za isključivanje veličine, tehnici odvajanja koja razvrstava molekule na temelju njihove veličine. Ostala molekularna sita koriste se kao sredstva za sušenje (neki primjeri uključuju aktivni ugljen i silikagel).
Promjer pora molekularnog sita mjeri se u ångströms (Å) ili nanometrima (nm). Prema IUPAC notaciji, mikroporozni materijali imaju promjer pora manji od 2 nm (20 Å), a makroporozni materijali imaju promjer pora veći od 50 nm (500 Å); mezoporozna kategorija stoga leži u sredini s promjerom 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 treba ih brkati s aluminijevim 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
●Mješalice montmorilonita
● Haloizit (endelit): Pronađena su dva uobičajena oblika, kada je hidratizirana glina pokazuje razmak slojeva od 1 nm, a kada je dehidrirana (meta-halojzit) razmak je 0,7 nm. Halloysite se prirodno pojavljuje kao mali cilindri prosječnog promjera 30 nm s duljinama između 0,5 i 10 mikrometara.
Mezoporozni materijal (2–50 nm)
Silicijev dioksid (koristi se za izradu silika gela): 24 Å (2,4 nm)
Makroporozni materijal (>50 nm)
Makroporozni silicij, 200–1000 Å (20–100 nm)
Aplikacije[uredi]
Molekularna sita često se koriste u naftnoj industriji, posebno za sušenje struja plina. 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 metan klatratom.
U laboratoriju se za sušenje otapala koriste molekularna sita. "Sita" su se pokazala superiornima u odnosu na tradicionalne tehnike sušenja, koje često koriste agresivna sredstva za sušenje.
Pod pojmom zeoliti, molekularna sita se koriste za širok raspon katalitičkih primjena. Oni kataliziraju izomerizaciju, alkilaciju i epoksidaciju i koriste se u velikim industrijskim procesima, uključujući hidrokrekiranje i katalitički krekiranje tekućinom.
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 zračnog kompresora i prolazi kroz filter uložak koji je, ovisno o primjeni, ispunjen molekularnim sitom i/ili aktivnim ugljenom, te se na kraju koristi za punjenje spremnika zraka za disanje. Takvo filtriranje može ukloniti čestice i ispušni proizvodi kompresora iz dovoda zraka za disanje.
Odobrenje FDA.
Američka FDA je od 1. travnja 2012. odobrila natrijev aluminosilikat za izravan kontakt s potrošnim artiklima prema 21 CFR 182.2727. Prije ovog odobrenja Europska unija koristila je molekularna sita s farmaceutskim proizvodima, a neovisno testiranje pokazalo je da molekularna sita ispunjavaju sve vladine zahtjeve, ali industrija nije bila voljna financirati skupo testiranje potrebno za odobrenje vlade.
Regeneracija
Metode za regeneraciju molekularnih sita uključuju promjenu tlaka (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 (350 °F) do 315 °C (600 °F) ovisno o vrsti molekularnog sita. Nasuprot tome, silikagel se može regenerirati zagrijavanjem u običnoj pećnici na 120 °C (250 °F) tijekom dva sata. Međutim, neke vrste silika gela će "iskočiti" kada su izložene dovoljno vode. To je uzrokovano lomljenjem kuglica silicijevog dioksida u kontaktu s vodom.

Model	Promjer pora (Ångström)	Nasipna gustoća (g/ml)	Adsorbirana voda (% w/w)	Trošenje ili abrazija, W(% w/w)	Korištenje
3Å	3	0,60–0,68	19–20 (prikaz, ostalo).	0,3–0,6	Isušivanjeodkrekiranje nafteplin i alkeni, selektivna adsorpcija H2O uizo staklo (IG)i poliuretan, sušenje odetanolsko gorivoza miješanje s benzinom.
4Å	4	0,60–0,65	20–21 (prikaz, stručni).	0,3–0,6	Adsorpcija vode unatrijev aluminosilikatkoji je odobrila FDA (vidiispod) koristi se kao molekularno sito u medicinskim spremnicima kako bi sadržaj ostao suh i kaododatak hraniimajućiE-brojE-554 (sredstvo protiv zgrudnjavanja); Poželjno za statičku dehidraciju u zatvorenim tekućim ili plinskim sustavima, npr. u pakiranju lijekova, električnih komponenti i kvarljivih kemikalija; uklanjanje vode u tiskarskim i plastičnim sustavima i sušenje zasićenih tokova ugljikovodika. Adsorbirane vrste uključuju SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 i C3H6. Općenito se smatra univerzalnim sredstvom za sušenje u polarnim i nepolarnim medijima;[12]odvajanje odprirodni plinialkeni, adsorpcija vode u neosjetljivim na dušikpoliuretan
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Odmašćivanje i snižavanje točke tečenjazrakoplovstvo kerozinidizel, i odvajanje alkena
5Å malo obogaćeno kisikom	5	0,4–0,8	≥23		Posebno dizajniran za medicinski ili zdravi generator kisika[potreban citat]
5Å	5	0,60–0,65	20–21 (prikaz, stručni).	0,3–0,5	Isušivanje i pročišćavanje zraka;dehidracijaiodsumporavanjeprirodnog plina itekući naftni plin;kisikivodikproizvodnja poadsorpcija s promjenom tlakaproces
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Visoko učinkovita sorpcija, koristi se u isušivanju, dekarburizaciji, odsumporavanju plinova i tekućina i odvajanjuaromatski ugljikovodik
13X	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Desikacija, odsumporavanje i pročišćavanje naftnog i prirodnog plina
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Dekarburizacijai sušenje u industriji odvajanja zraka, odvajanje dušika od kisika u koncentratorima kisika
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Zaslađivanje(uklanjanjetioli) odzrakoplovno gorivoi odgovarajućetekući ugljikovodici

Adsorpcijske sposobnosti

3Å

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

Omjer silicij-aluminij: SiO2/ Al2O3≈2

Proizvodnja

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

Korištenje

3Å molekularna sita ne adsorbiraju molekule čiji su promjeri veći od 3 Å. Karakteristike ovih molekularnih sita uključuju veliku brzinu adsorpcije, sposobnost česte regeneracije, dobru otpornost na drobljenje iotpornost na zagađenje. Ove značajke mogu poboljšati i učinkovitost i životni vijek sita. 3Å molekularna sita neophodna su sredstva za sušenje u naftnoj i kemijskoj industriji za rafiniranje nafte, polimerizaciju i kemijsko dubinsko sušenje plin-tekućina.

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

Molekularno sito od 3Å koristi se za uklanjanje vode iz etanola, koji se kasnije može koristiti izravno kao biogorivo ili neizravno za proizvodnju raznih proizvoda kao što su kemikalije, hrana, lijekovi i drugo. Budući da normalna destilacija ne može ukloniti svu vodu (neželjeni nusproizvod iz proizvodnje etanola) iz procesnih tokova etanola zbog stvaranjaazeotroppri koncentraciji od oko 95,6 posto po težini, kuglice molekularnog sita se koriste za odvajanje etanola i vode na molekularnoj razini adsorpcijom vode u kuglice i dopuštanjem etanolu da slobodno prolazi. Nakon što su kuglice pune vode, može se manipulirati temperaturom ili tlakom, dopuštajući da se voda oslobodi iz kuglica molekularnog sita.[15]

3Å molekularna sita pohranjuju se na sobnoj temperaturi, s relativnom vlagom ne većom od 90%. Zatvoreni su pod sniženim tlakom, čuvaju se podalje od vode, kiselina i lužina.

4Å

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

Omjer silicij-aluminij: 1:1 (SiO2/ Al2O3≈2)

Proizvodnja

Proizvodnja 4Å sita je relativno jednostavna jer ne zahtijeva niti visoke tlakove niti posebno visoke temperature. Tipično vodene otopinenatrijev silikatinatrijev aluminatspajaju se na 80 °C. Proizvod impregniran otapalom se "aktivira" "pečenjem" na 400 °C. 4A sita služe kao prekursor za 3A i 5A sita krozkationska izmjenaodnatrijzakalij(za 3A) ilikalcij(za 5A)

Korištenje

Otapala za sušenje

4Å molekularna sita naširoko se koriste za sušenje laboratorijskih otapala. Mogu apsorbirati vodu i druge molekule s kritičnim promjerom manjim od 4 Å kao što su NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 i C2H4. Naširoko se koriste u sušenju, rafiniranju i pročišćavanju tekućina i plinova (kao što je priprema argona).

 

Dodaci za poliesterska sredstva [urediti]

Ova molekularna sita koriste se kao pomoć deterdžentima jer mogu proizvesti demineraliziranu vodukalcijionsku izmjenu, uklanjaju i sprječavaju taloženje prljavštine. Naširoko se koriste za zamjenufosfor. Molekularno sito od 4Å igra glavnu ulogu u zamjeni natrijevog tripolifosfata kao pomoćnog sredstva za pranje kako bi se ublažio utjecaj deterdženta na okoliš. Također se može koristiti kaosapunsredstvo za oblikovanje i inpasta za zube.

Obrada štetnog otpada

4Å molekularna sita mogu pročistiti kanalizaciju od kationskih vrsta kao što suamonijioni, Pb2+, Cu2+, Zn2+ i Cd2+. Zbog visoke selektivnosti za NH4+ uspješno su primijenjeni na terenu za borbueutrofikacijai drugi učinci u vodenim putovima zbog prekomjerne količine amonijevih iona. 4Å molekularna sita također su korištena za uklanjanje iona teških metala prisutnih u vodi zbog industrijskih aktivnosti.

Ostale namjene

Themetalurška industrija: sredstvo za odvajanje, odvajanje, ekstrakcija slanog kalija,rubidij,cezijitd.

Petrokemijska industrija,katalizator,sredstvo za sušenje, adsorbent

Poljoprivreda:uređaj za poboljšanje tla

Lijek: opterećenje srebromzeolitantibakterijsko sredstvo.

5Å

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

Omjer silicij-aluminij: SiO2/ Al2O3≈2

Proizvodnja

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

Korištenje

Pet-ångström(5Å) molekularna sita često se koriste unaftaindustriji, posebno za pročišćavanje plinskih struja i u kemijskom laboratoriju za odvajanjespojevii polazni materijali reakcije sušenja. Sadrže sitne pore precizne i ujednačene veličine, a uglavnom se koriste kao adsorbenti za plinove i tekućine.

Za sušenje se koriste molekularna sita od pet ångströmovaprirodni plin, uz nastupodsumporavanjeidekarbonizacijaod plina. Također se mogu koristiti za odvajanje smjesa kisika, dušika i vodika, te n-ugljikovodika ulja i voska od razgranatih i policikličkih ugljikovodika.

Molekularna sita od pet ångströmova pohranjuju se na sobnoj temperaturi, s arelativna vlažnost zrakamanje od 90% u kartonskim bačvama ili kartonskoj ambalaži. Molekularna sita ne smiju biti izravno izložena zraku i vodi, kiseline i lužine treba izbjegavati.

Morfologija molekularnih sita

Molekularna sita dostupna su u različitim oblicima i veličinama. Ali kuglaste kuglice 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 potrebna po jedinici površine. Određena zrnasta molekularna sita nude niži toplinski kapacitet pa su stoga niži energetski zahtjevi tijekom regeneracije.

Druga prednost korištenja zrnatih molekularnih sita je što je nasipna gustoća obično veća od ostalih oblika, stoga je za isti adsorpcijski zahtjev potreban volumen molekularnog sita manji. Stoga, dok se radi uklanjanje uskih grla, može se koristiti zrnasta molekularna sita, napuniti više adsorbensa u istom volumenu i izbjeći bilo kakve modifikacije posude.