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

Molekularno sito je materijal s porama (vrlo malim rupicama) ujednačene veličine. Promjeri tih pora slični su veličini malih molekula i stoga 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, a zatim slijede manje molekule. Neka molekularna sita koriste se u kromatografiji isključivanja po veličini, tehnici odvajanja koja sortira molekule na temelju njihove veličine. Druga molekularna sita koriste se kao sredstva za sušenje (neki primjeri uključuju aktivni ugljen i silikagel).
Promjer pora molekularnog sita mjeri se u Å (Å) ili nanometrima (nm). Prema IUPAC-ovoj 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 se nalazi u sredini s promjerom 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 aluminijevim silikatima)
●LTA zeolita: 3–4 Å
●Porozno staklo: 10 Å (1 nm) i više
●Aktivni ugljen: 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 duljinom između 0,5 i 10 mikrometara.
Mezoporozni materijal (2–50 nm)
Silicijev dioksid (koristi se za izradu silikagela): 24 Å (2,4 nm)
Makroporozni materijal (>50 nm)
Makroporozni silicijev dioksid, 200–1000 Å (20–100 nm)
Primjene[uredi]
Molekularna sita se često koriste u naftnoj industriji, posebno za sušenje plinskih struja. 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 molekularna sita koriste za sušenje otapala. "Sita" su se pokazala superiornijima u odnosu na tradicionalne tehnike sušenja, koje često koriste agresivna sredstva za sušenje.
Pod nazivom zeoliti, molekularna sita se koriste za širok raspon katalitičkih primjena. Kataliziraju izomerizaciju, alkilaciju i epoksidaciju te se koriste u velikim industrijskim procesima, uključujući hidrokrekiranje i fluid katalitičko krekiranje.
Također se koriste za filtriranje zraka za dišne ​​aparate, na primjer one koje koriste ronioci i vatrogasci. U takvim primjenama, zrak se dovodi pomoću zračnog kompresora i prolazi kroz uložak filtera koji je, ovisno o primjeni, ispunjen molekularnim sitom i/ili aktivnim ugljenom, a na kraju se koristi za punjenje spremnika zraka za disanje. Takva filtracija može ukloniti čestice i ispušne proizvode kompresora iz dovoda zraka za disanje.
Odobrenje FDA-e.
Američka FDA je od 1. travnja 2012. odobrila natrijev aluminosilikat za izravan kontakt s potrošnim materijalima prema 21 CFR 182.2727. Prije ovog odobrenja Europska unija je koristila molekularna sita s farmaceutskim proizvodima, a neovisna ispitivanja sugerirala su da molekularna sita zadovoljavaju sve vladine zahtjeve, ali industrija nije bila voljna financirati skupa testiranja potrebna za vladino odobrenje.
Regeneracija
Metode regeneracije 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 do 315 °C, ovisno o vrsti molekularnog sita. Nasuprot tome, silikagel se može regenerirati zagrijavanjem u običnoj pećnici na 120 °C tijekom dva sata. Međutim, neke vrste silikagela će "puknuti" kada su izložene dovoljnoj količini vode. To je uzrokovano lomljenjem silikagelnih kuglica pri kontaktu s vodom.

Model	Promjer pora (Ångström)	Gustoća nasipnog materijala (g/ml)	Apsorbirana voda (% m/m)	Habanje ili abrazija, W(% m/m)	Upotreba
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Isušivanjeodkrekiranje nafteplin i alkeni, selektivna adsorpcija H2O uizolirano staklo (IG)i poliuretana, sušenjeetanolsko gorivoza miješanje s benzinom.
4 Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Adsorpcija vode unatrijev aluminosilikatkoji je odobren od strane FDA (vidiispod) koristi se kao molekularno sito u medicinskim spremnicima kako bi sadržaj ostao suh i kaoaditiv za hranuimajućiE-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 te sušenje zasićenih ugljikovodičnih struja. 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 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 točke stinjavanjazrakoplovstvo kerozinidizeli odvajanje alkena
5Å mali obogaćeni kisikom	5	0,4–0,8	≥23		Posebno dizajniran za generator medicinskog ili zdravog kisikapotreban citat]
5 Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Isušivanje i pročišćavanje zraka;dehidracijaiodsumporavanjeprirodnog plina itekući naftni plin;kisikivodikproizvodnja od straneadsorpcija s promjenom tlakaproces
10 puta	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Visoko učinkovita sorpcija, koristi se u desikaciji, dekarburizaciji, desumporizaciji plinova i tekućina te odvajanjuaromatski 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 isušivanje 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

Sposobnosti adsorpcije

3Å

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

Omjer silicija i aluminijevog oksida: SiO2/ Al2O3≈2

Proizvodnja

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, čestu sposobnost regeneracije, dobru otpornost na drobljenje iotpornost na zagađenjeOve značajke mogu poboljšati i učinkovitost i vijek trajanja sita. Molekularna sita od 3 Å su neophodno sredstvo za sušenje u naftnoj i kemijskoj industriji za rafiniranje nafte, polimerizaciju i dubinsko sušenje kemijskih plinsko-tekućih sustava.

Molekularna sita od 3 Å koriste se 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 koristi se za uklanjanje vode iz etanola, koji se kasnije može izravno koristiti kao biogorivo ili neizravno za proizvodnju raznih proizvoda poput kemikalija, hrane, lijekova i drugog. Budući da normalna destilacija ne može ukloniti svu vodu (neželjeni nusprodukt proizvodnje etanola) iz procesnih tokova etanola zbog stvaranjaazeotropPri koncentraciji od oko 95,6 posto po težini, molekularne sitaste kuglice koriste se za odvajanje etanola i vode na molekularnoj razini adsorpcijom vode u kuglice i omogućavanjem slobodnog prolaska etanola. Nakon što su kuglice napunjene vodom, temperatura ili tlak mogu se manipulirati, što omogućuje oslobađanje vode iz molekularnih sitastih kuglica.[15]

Molekularna sita od 3 Å čuvaju se na sobnoj temperaturi, s relativnom vlagom ne većom od 90%. Zatvorena su pod smanjenim tlakom, zaštićena od vode, kiselina i lužina.

4 Å

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

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

Proizvodnja

Proizvodnja sita od 4 Å je relativno jednostavna jer ne zahtijeva ni visoke tlakove ni posebno visoke temperature. Tipično vodene otopinenatrijev silikatinatrijev aluminatkombiniraju se na 80 °C. Proizvod impregniran otapalom "aktivira se" "pečenjem" na 400 °C. Sita 4A služe kao prethodnik sita 3A i 5A krozizmjena kationaodnatrijzakalij(za 3A) ilikalcij(za 5A)

Upotreba

Otapala za sušenje

Molekularna sita od 4 Å široko se koriste za sušenje laboratorijskih otapala. 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 vodukalcijionska izmjena, uklanjanje i sprječavanje taloženja prljavštine. Široko se koriste za zamjenufosforMolekularno sito od 4 Å igra glavnu ulogu u zamjeni natrijevog tripolifosfata kao pomoćnog sredstva u deterdžentu kako bi se ublažio utjecaj deterdženta na okoliš. Također se može koristiti kaosapunsredstvo za oblikovanje i upasta za zube.

Obrada štetnog otpada

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

Druge namjene

Themetalurška industrija: sredstvo za odvajanje, odvajanje, ekstrakcija kalijeve soli,rubidij,cezijitd.

Petrokemijska industrija,katalizator,sredstvo za sušenje, adsorbent

Poljoprivreda:poboljšivač tla

Lijek: opterećenje srebromzeolitantibakterijsko sredstvo.

5 Å

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

Omjer silicija i aluminijevog oksida: SiO2/ Al2O3≈2

Proizvodnja

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

Upotreba

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

Molekularna sita od pet Ångströma koriste se za sušenjeprirodni plin, uz izvođenjeodsumporavanjeidekarbonizacijaplina. Mogu se koristiti i za odvajanje smjesa kisika, dušika i vodika te n-ugljikovodika iz uljno-voštanih sustava od razgranatih i policikličkih ugljikovodika.

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

Morfologija molekularnih sita

Molekularna sita dostupna su u različitim oblicima i veličinama. No, sferne 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. sila drobljenja potrebna po jedinici površine je veća. Određena molekularna sita s kuglicama nude niži toplinski kapacitet, a time i niže energetske potrebe tijekom regeneracije.

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