A molekulaszita olyan anyag, amelynek pórusai (nagyon kis lyukak) azonos méretűek

A molekulaszita olyan anyag, amelynek pórusai (nagyon kis lyukak) azonos méretűek. Ezek a pórusátmérők mérete hasonló a kis molekulákéhoz, így a nagy molekulák nem tudnak bejutni vagy adszorbeálódni, míg a kisebb molekulák igen. Amikor a molekulák keveréke átvándorol a porózus, félszilárd anyag állóágyán, amelyet szitának (vagy mátrixnak) neveznek, a legnagyobb molekulatömegű komponensek (amelyek nem tudnak átjutni a molekulapórusokba) először hagyják el az ágyat, majd egymást követik a kisebb molekulák. Egyes molekulaszitákat méretkizárásos kromatográfiában használnak, egy olyan elválasztási technikában, amely a molekulákat méretük alapján válogatja szét. Más molekulaszitákat használnak szárítószerként (néhány példa az aktív szén és a szilikagél).
A molekulaszita pórusátmérőjét ångströmben (Å) vagy nanométerben (nm) mérik. Az IUPAC jelölése szerint a mikropórusos anyagok pórusátmérője kisebb, mint 2 nm (20 Å), a makropórusos anyagok pórusátmérője pedig nagyobb, mint 50 nm (500 Å); a mezopórusos kategória tehát középen helyezkedik el, 2 és 50 nm (20-500 Å) közötti pórusátmérővel.
Anyagok
A molekulaszita lehet mikroporózus, mezopórusos vagy makroporózus anyag.
Mikroporózus anyag (
●Zeolitok (alumínium-szilikát ásványok, nem tévesztendő össze az alumínium-szilikáttal)
●Zeolit ​​LTA: 3–4 Å
● Porózus üveg: 10 Å (1 nm) és nagyobb
●Aktív szén: 0–20 Å (0–2 nm) és nagyobb
●Agyag
●Montmorillonit keverékek
● Halloysite (endellit): Két gyakori formát találunk, hidratált állapotban az agyag 1 nm-es távolságot mutat a rétegek között, dehidratált állapotban (meta-halloysite) a távolság 0,7 nm. A halloysite természetesen kis hengerek formájában fordul elő, amelyek átlagos átmérője 30 nm, hossza 0,5 és 10 mikrométer között van.
Mezopórusos anyag (2-50 nm)
Szilícium-dioxid (szilikagél előállításához): 24 Å (2,4 nm)
Makropórusos anyag (>50 nm)
Makropórusos szilícium-dioxid, 200–1000 Å (20–100 nm)
Alkalmazások[szerkesztés]
A molekulaszitákat gyakran alkalmazzák a kőolajiparban, különösen gázáramok szárítására. Például a folyékony földgáz (LNG) iparban a gáz víztartalmát 1 ppmv alá kell csökkenteni, hogy megelőzzük a jég vagy metán-klatrát okozta eltömődéseket.
A laboratóriumban molekulaszitákat használnak az oldószer szárítására. A "sziták" jobbnak bizonyultak a hagyományos szárítási technikáknál, amelyek gyakran agresszív szárítószereket alkalmaznak.
A zeolitok kifejezés alatt a molekulaszitákat a katalitikus alkalmazások széles skálájára használják. Izomerizációt, alkilezést és epoxidációt katalizálnak, és nagy léptékű ipari folyamatokban használják, beleértve a hidrokrakkolást és a fluid katalitikus krakkolást.
Használják a légzőkészülékek levegőellátásának szűrésére is, például a búvárok és tűzoltók által használtaknál. Az ilyen alkalmazásokban a levegőt légkompresszor táplálja, és egy patronos szűrőn vezeti át, amely az alkalmazástól függően molekuláris szitával és/vagy aktív szénnel van megtöltve, végül a lélegző levegő tartályok feltöltésére szolgál. Az ilyen szűrés eltávolíthatja a részecskéket. és a kompresszor kipufogótermékei a légzőlevegő-ellátásból.
FDA jóváhagyása.
Az Egyesült Államok FDA 2012. április 1-jétől 21 CFR 182.2727 alatt jóváhagyta a nátrium-alumínium-szilikátot a fogyasztási cikkekkel való közvetlen érintkezésre. A jóváhagyást megelőzően az Európai Unió molekuláris szitákat használt gyógyszerekkel együtt, és a független vizsgálatok azt sugallták, hogy a molekuláris sziták megfelelnek minden kormányzati követelménynek, de az iparág nem volt hajlandó finanszírozni a kormány jóváhagyásához szükséges drága tesztelést.
Regeneráció
A molekulaszita regenerálására szolgáló módszerek közé tartozik a nyomásváltozás (mint az oxigénkoncentrátorokban), a melegítés és a vivőgázzal történő átöblítés (mint az etanol dehidratálásánál), vagy a nagy vákuum alatti melegítés. A regenerációs hőmérséklet 175 °C (350 °F) és 315 °C (600 °F) között mozog a molekulaszita típusától függően. Ezzel szemben a szilikagél regenerálható, ha normál sütőben 120 °C-ra (250 °F) hevítjük két órán át. Azonban bizonyos típusú szilikagél "kipattan", ha elegendő víznek van kitéve. Ezt az okozza, hogy a szilícium-dioxid gömbök a vízzel érintkezve eltörnek.

Modell	pórusátmérő (Ångström)	Térfogatsűrűség (g/ml)	Adszorbeált víz (% w/w)	Kopás vagy kopás, W(tömeg/tömeg%)	Használat
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Kiszáradásapetróleum krakkolásgáz és alkének, a H2O szelektív adszorpciójahőszigetelt üveg (IG)és poliuretán, szárításaetanol üzemanyagbenzinnel való keveréshez.
4Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	A víz adszorpciójanátrium-alumínium-szilikátamelyet az FDA jóváhagyott (lásdalatt) orvosi tartályokban molekulaszitaként használják a tartalom szárazon tartására és mintélelmiszer-adalékanyagamelynekE-számE-554 (csomósodásgátló szer); Zárt folyadék- vagy gázrendszerekben, pl. gyógyszerek, elektromos alkatrészek és romlandó vegyszerek csomagolásában előnyösen statikus dehidratációhoz; vízelvezetés a nyomdai és műanyag rendszerekben, valamint a telített szénhidrogén-áramok szárítása. Az adszorbeált fajták közé tartozik a SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 és C3H6. Általában univerzális szárítószernek tartják poláris és nem poláris közegekben;[12]szétválasztásaföldgázésalkének, víz adszorpciója nem nitrogénérzékenypoliuretán
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Zsírtalanítás és dermedéspont-csökkenésrepülés kerozinésdízelés alkének elválasztása
5Å kisméretű oxigénnel dúsított	5	0,4–0,8	≥23		Kifejezetten orvosi vagy egészséges oxigéngenerátorhoz készült[idézet szükséges]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Levegő szárítása és tisztítása;kiszáradáséskéntelenítésföldgáz ésfolyékony kőolajgáz;oxigénéshidrogéngyártás általnyomásingadozás adszorpciójafolyamat
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Nagy hatékonyságú szorpció, amelyet a kiszárításhoz, a széntelenítéshez, a gázok és folyadékok kéntelenítéséhez és a gázok elválasztásához használnak.aromás szénhidrogén
13X	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Kőolajgáz és földgáz szárítása, kéntelenítése és tisztítása
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Karburizálásés szárítás a légleválasztó iparban, a nitrogén elválasztása az oxigéntől az oxigénkoncentrátorokban
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Édesítés(eltávolításatiolok) ofrepülőgép-üzemanyagés megfelelőfolyékony szénhidrogének

Adszorpciós képességek

3Å

Hozzávetőleges kémiai képlet: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3• 2 SiO2 • 9/2 H2O

Szilícium-alumínium-oxid arány: SiO2/Al2O3≈2

Termelés

A 3A molekulaszitákat kationcserével állítják előkáliumszámáranátrium4A molekulaszitában (lásd lent)

Használat

A 3 Å molekulaszita nem adszorbeálja a 3 Å-nél nagyobb átmérőjű molekulákat. A molekulaszita jellemzői közé tartozik a gyors adszorpciós sebesség, a gyakori regenerációs képesség, a jó zúzásállóság ésszennyezésállóság. Ezek a tulajdonságok javíthatják a szita hatékonyságát és élettartamát. A 3Å molekulaszita a szükséges szárítóanyag a kőolaj- és vegyiparban az olajfinomításhoz, a polimerizációhoz és a kémiai gáz-folyadék mélységi szárításhoz.

A 3Å molekulaszita számos anyag szárítására szolgál, mint pletanol, levegő,hűtőközegek,földgázéstelítetlen szénhidrogének. Ez utóbbiak közé tartozik a krakkológáz,acetilén,etilén,propilénésbutadién.

A 3Å molekulaszitát arra használják, hogy eltávolítsák az etanolból a vizet, amelyet később közvetlenül bioüzemanyagként vagy közvetve különféle termékek, például vegyszerek, élelmiszerek, gyógyszerek stb. Mivel a normál desztilláció nem tudja eltávolítani az összes vizet (az etanolgyártás nemkívánatos melléktermékét) az etanol folyamataiból, mivelazeotrópkörülbelül 95,6 tömegszázalékos koncentrációban molekulaszita gyöngyöket használnak az etanol és a víz molekuláris szintű elválasztására oly módon, hogy a vizet a gyöngyökbe adszorbeálják, és hagyják az etanolt szabadon áthaladni. Amint a gyöngyök megtelnek vízzel, a hőmérséklet vagy a nyomás módosítható, lehetővé téve a víz felszabadulását a molekulaszita gyöngyökből.[15]

A 3Å molekulaszitákat szobahőmérsékleten, legfeljebb 90%-os relatív páratartalom mellett tárolják. Csökkentett nyomáson vannak lezárva, víztől, savaktól és lúgoktól távol tartva.

4Å

Kémiai képlet: Na2O•Al2O3•2SiO2•9/2H2O

Szilícium-alumínium arány: 1:1 (SiO2/Al2O3≈2)

Termelés

A 4Å szita előállítása viszonylag egyszerű, mivel nem igényel sem nagy nyomást, sem különösen magas hőmérsékletet. Jellemzően vizes oldatainátrium-szilikátésnátrium-aluminát80 °C-on egyesítjük. Az oldószerrel impregnált terméket 400 °C-os sütéssel "aktiválják". A 4A sziták a 3A és 5A sziták előfutáraként szolgálnak.kationcsereanátriumszámárakálium(3A-hoz) illkalcium(5A-hez)

Használat

Szárító oldószerek

A 4Å molekulaszitákat széles körben használják laboratóriumi oldószerek szárítására. Képesek elnyelni a vizet és más, 4 Å-nél kisebb kritikus átmérőjű molekulákat, például NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 és C2H4. Széles körben használják folyadékok és gázok szárítására, finomítására és tisztítására (például argon előállítására).

 

Poliészter szer adalékok[szerkeszteni]

Ezeket a molekulaszitákat a detergensek segítésére használják, mivel ioncserélt vizet képesek előállítanikalciumioncserét, eltávolítja és megakadályozza a szennyeződések lerakódását. Széles körben használják cserérefoszfor. A 4Å molekulaszita fontos szerepet játszik a nátrium-tripolifoszfát helyettesítésében, mint mosószer segédanyagban, hogy csökkentse a mosószer környezeti hatását. Használható aszappanképzőszer és infogkrém.

Káros hulladékkezelés

A 4Å molekulaszita képes megtisztítani a kationos fajok szennyvizét, mint plammóniumionok, Pb2+, Cu2+, Zn2+ és Cd2+. Az NH4+ iránti nagy szelektivitása miatt sikeresen alkalmazták a terepen a harcokbaneutrofizációés egyéb hatások a vízi utakon a túlzott ammóniumionok miatt. A 4Å molekulaszitákat az ipari tevékenységek miatt a vízben lévő nehézfém-ionok eltávolítására is használták.

Egyéb célokra

Akohászati ​​ipar: elválasztószer, elválasztás, sóoldat kálium extrakciója,rubídium,céziumstb.

petrolkémiai ipar,katalizátor,szárítószer, adszorbens

Mezőgazdaság:talajjavító

Gyógyszer: töltse ezüstzeolitantibakteriális szer.

5Å

Kémiai képlet: 0,7CaO•0,30Na2O•Al2O3•2,0SiO2 •4,5H2O

Szilícium-alumínium-oxid arány: SiO2/Al2O3≈2

Termelés

Az 5A molekulaszitákat kationcserével állítják előkalciumszámáranátrium4A molekulaszitában (lásd fent)

Használat

Öt-ångström(5Å) molekulaszitákat gyakran alkalmaznak apetróleumaz iparban, különösen a gázáramok tisztítására és a kémiai laboratóriumban az elválasztásravegyületekés a reakció kiindulási anyagainak szárítása. Pontos és egyenletes méretű apró pórusokat tartalmaznak, és főként gázok és folyadékok adszorbensére használják.

Öt-ångström molekulaszitákat használnak a szárításhozföldgáz, előadásával együttkéntelenítésésszén-dioxid-mentesítésa gázból. Használhatók oxigén, nitrogén és hidrogén keverékeinek, valamint olaj-viasz n-szénhidrogéneknek az elágazó és policiklusos szénhidrogénektől való elválasztására is.

Öt-ångström molekulaszitákat szobahőmérsékleten tárolunk, arelatív páratartalomkevesebb mint 90% kartonhordókban vagy kartoncsomagolásban. A molekulaszitákat nem szabad közvetlenül kitenni a levegőnek és a víznek, kerülni kell a savakat és lúgokat.

A molekulaszita morfológiája

A molekulaszita változatos formában és méretben kapható. A gömb alakú gyöngyök azonban előnyt élveznek más formákkal szemben, mivel kisebb nyomásesést biztosítanak, kopásállóak, mivel nincsenek éles széleik, és jó a szilárdságuk, azaz nagyobb az egységnyi felületre vonatkozó nyomóerő. Egyes gyöngyös molekuláris sziták alacsonyabb hőkapacitást kínálnak, így alacsonyabb az energiaigény a regeneráció során.

A gyöngyös molekulaszita használatának másik előnye, hogy a térfogatsűrűség általában nagyobb, mint más formájú, így ugyanazon adszorpciós követelmény mellett kisebb a szükséges molekulaszita térfogat. Így a szűk keresztmetszet megszüntetése során gyöngyös molekulaszitákat használhatunk, több adszorbenst tölthetünk be ugyanabban a térfogatban, és elkerülhetjük az edény módosítását.