Малекулярнае сіта — гэта матэрыял з порамі (вельмі дробнымі адтулінамі) аднолькавага памеру

Малекулярнае сіта — гэта матэрыял з порамі (вельмі маленькімі адтулінамі) аднолькавага памеру. Дыяметры гэтых пор падобныя па памеры да дыяметраў малых малекул, і таму вялікія малекулы не могуць пранікаць унутр або адсарбавацца, у той час як меншыя малекулы могуць. Па меры таго, як сумесь малекул мігруе праз нерухомы пласт порыстага, напаўцвёрдага рэчыва, які называецца сітамі (або матрыцамі), кампаненты з найбольшай малекулярнай масай (якія не могуць прайсці ў малекулярныя пары) спачатку пакідаюць пласт, а затым паслядоўна ідуць меншыя малекулы. Некаторыя малекулярныя сіты выкарыстоўваюцца ў эксклюзіўнай храматаграфіі, тэхніцы падзелу, якая сартуе малекулы ў залежнасці ад іх памеру. Іншыя малекулярныя сіты выкарыстоўваюцца ў якасці асушальнікаў (некаторыя прыклады ўключаюць актываваны вугаль і сілікагель).
Дыяметр пор малекулярнага сіта вымяраецца ў ангстрэмах (Å) або нанаметрах (нм). Згодна з абазначэннем IUPAC, мікрапорыстыя матэрыялы маюць дыяметр пор менш за 2 нм (20 Å), а макрапорыстыя матэрыялы маюць дыяметр пор больш за 50 нм (500 Å); такім чынам, мезапорыстыя матэрыялы знаходзяцца пасярэдзіне з дыяметрам пор ад 2 да 50 нм (20–500 Å).
Матэрыялы
Малекулярныя сіты могуць быць мікрапорыстымі, мезапорыстымі або макрапорыстымі матэрыяламі.
Мікрапорысты матэрыял (
●Цэаліты (алюмасілікатныя мінералы, не блытаць з алюмініевым сілікатам)
●Цэалітная LTA: 3–4 Å
●Порыстае шкло: 10 Å (1 нм) і больш
●Актыўны вугаль: 0–20 Å (0–2 нм) і вышэй
●Гліны
●Сумесі мантмарыланіту
●Галуазіт (эндэліт): сустракаюцца дзве распаўсюджаныя формы: пры гідратацыі гліна мае адлегласць паміж пластамі 1 нм, а пры дэгідратацыі (мета-галуазіт) адлегласць складае 0,7 нм. Галуазіт у прыродзе сустракаецца ў выглядзе невялікіх цыліндраў, сярэдні дыяметр якіх складае 30 нм, а даўжыня — ад 0,5 да 10 мікраметраў.
Мезапорысты матэрыял (2–50 нм)
Дыяксід крэмнію (выкарыстоўваецца для вырабу сілікагеля): 24 Å (2,4 нм)
Макрапорысты матэрыял (>50 нм)
Макрапорысты дыяксід крэмнія, 200–1000 Å (20–100 нм)
Прыкладанні[рэдагаваць]
Малекулярныя сіты часта выкарыстоўваюцца ў нафтавай прамысловасці, асабліва для асушвання газавых патокаў. Напрыклад, у прамысловасці звадкаванага прыроднага газу (СПГ) утрыманне вады ў газе неабходна знізіць да менш чым 1 ppmv, каб прадухіліць закаркаванне, выкліканае лёдам або клатратам метану.
У лабараторыі для сушкі растваральніка выкарыстоўваюцца малекулярныя сіты. «Сіта» аказаліся лепшымі за традыцыйныя метады сушкі, у якіх часта выкарыстоўваюцца агрэсіўныя асушальнікі.
Пад тэрмінам цэаліты малекулярныя сіты выкарыстоўваюцца для шырокага спектру каталітычных ужыванняў. Яны каталізуюць ізамерызацыю, алкіліраванне і эпаксідаванне і выкарыстоўваюцца ў буйных прамысловых працэсах, у тым ліку ў гідракрэкінгу і флюід-каталітычным крэкінгу.
Яны таксама выкарыстоўваюцца для фільтрацыі паветра для дыхальных апаратаў, напрыклад, тых, што выкарыстоўваюцца аквалангістамі і пажарнымі. У такіх выпадках паветра падаецца паветраным кампрэсарам і праходзіць праз картрыджны фільтр, які, у залежнасці ад прымянення, запоўнены малекулярным сітамі і/або актываваным вуглём, і ў рэшце рэшт выкарыстоўваецца для запраўкі балонаў з паветрам для дыхання. Такая фільтрацыя можа выдаляць часціцы і выхлапныя прадукты кампрэсара з паветра для дыхання.
Адабрэнне FDA.
Па стане на 1 красавіка 2012 года FDA ЗША ўхваліла алюмасілікат натрыю для непасрэднага кантакту з расходнымі матэрыяламі ў адпаведнасці з 21 CFR 182.2727. Да гэтага зацвярджэння Еўрапейскі Саюз выкарыстоўваў малекулярныя сіты з фармацэўтычнымі прэпаратамі, і незалежныя выпрабаванні паказалі, што малекулярныя сіты адпавядаюць усім дзяржаўным патрабаванням, але прамысловасць не жадала фінансаваць дарагія выпрабаванні, неабходныя для атрымання ўрадавага зацвярджэння.
Рэгенерацыя
Метады рэгенерацыі малекулярных сіт ўключаюць змяненне ціску (як у кіслародных канцэнтратарах), награванне і прадзімку газам-носьбітам (як пры выкарыстанні пры дэгідратацыі этанолу) або награванне ў высокім вакууме. Тэмпература рэгенерацыі вагаецца ад 175 °C (350 °F) да 315 °C (600 °F) у залежнасці ад тыпу малекулярнага сіта. Наадварот, сілікагель можна рэгенераваць, награваючы яго ў звычайнай духоўцы да 120 °C (250 °F) на працягу двух гадзін. Аднак некаторыя тыпы сілікагеля будуць "лопацца" пры кантакце з дастатковай колькасцю вады. Гэта выклікана разбурэннем сілікагельных сфер пры кантакце з вадой.

Мадэль	Дыяметр пор (Ангстрэм)	Насыпная шчыльнасць (г/мл)	Адсарбаваная вада (% вага/вага)	Знос або ізаляцыя, Вт(% вага/вага)	Выкарыстанне
3 Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Высыханнезкрэкінг нафтыгаз і алкены, селектыўная адсорбцыя H2O ўізаляванае шкло (IG)і поліўрэтан, сушкаэтанолавае палівадля змешвання з бензінам.
4 Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Адсорбцыя вады ўалюмасілікат натрыюякі зацверджаны FDA (гл.ніжэй) выкарыстоўваецца ў якасці малекулярнага сіта ў медыцынскіх кантэйнерах, каб захаваць змесціва сухім і якхарчовая дабаўкамаючыЭлектронны нумарE-554 (агент супраць злежвання); пераважны для статычнай дэгідратацыі ў замкнёных вадкасных або газавых сістэмах, напрыклад, пры ўпакоўцы лекаў, электрычных кампанентаў і хуткапсавальных хімічных рэчываў; для паглынання вады ў друкарскіх і пластмасавых сістэмах і для сушкі насычаных вуглевадародных патокаў. Адсарбаваныя часціцы ўключаюць SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 і C3H6. Звычайна лічыцца універсальным асушальнікам у палярных і непалярных асяроддзях;[12]падзелпрыродны газіалкеныадсорбцыя вады ў неадчувальных да азотуполіўрэтан
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Абястлушчванне і паніжэнне тэмпературы застыванняавіяцыя газаідызельі падзел алкенаў
5Å малы, узбагачаны кіслародам	5	0,4–0,8	≥23		Спецыяльна распрацаваны для медыцынскага або здаровага генератара кіслародупатрэбна цытата]
5 Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Асушванне і ачыстка паветра;абязводжваннеідэсульфурызацыяпрыроднага газу ізвадкаваны нафтавы газ;кіслародівадародвытворчасцьадсорбцыя пры ваганнях ціскупрацэс
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Высокаэфектыўная сорбцыя, якая выкарыстоўваецца пры дэсікацыі, дэкарбурызацыі, дэсульфурызацыі газу і вадкасцей і падзелеараматычны вуглевадарод
13X	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Дэсікацыя, дэсульфурызацыя і ачыстка нафтавага газу і прыроднага газу
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Абязуглероджваннеі асушэнне ў прамысловасці па падзеле паветра, аддзяленне азоту ад кіслароду ў кіслародных канцэнтратарах
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Падсалодванне(выдаленнетыялы) завіяцыйнае паліваі адпаведныявадкія вуглевадароды

Адсарбцыйныя здольнасці

3 Å

Прыблізная хімічная формула: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3 • 2SiO2 • 9/2H2O

Суадносіны крэмнія і алюмінію: SiO2/Al2O3≈2

Вытворчасць

Малекулярныя сіты 3A атрымліваюць шляхам катыённага абменукалійдлянатрыйу малекулярных сітах 4A (гл. ніжэй)

Выкарыстанне

Малекулярныя сіты 3 Å не адсарбуюць малекулы, дыяметр якіх перавышае 3 Å. Характарыстыкі гэтых малекулярных сіт ўключаюць высокую хуткасць адсорбцыі, здольнасць да частай рэгенерацыі, добрую ўстойлівасць да драбнення іустойлівасць да забруджванняГэтыя асаблівасці могуць палепшыць як эфектыўнасць, так і тэрмін службы сіта. Малекулярныя сіты з памерам ячэйкі 3 Å з'яўляюцца неабходным асушальнікам у нафтавай і хімічнай прамысловасці для перапрацоўкі нафты, палімерызацыі і глыбокай хімічнай газава-вадкаснай сушкі.

Малекулярныя сіты 3 Å выкарыстоўваюцца для сушкі розных матэрыялаў, такіх якэтанолпаветра,холадагенты,прыродны газіненасычаныя вуглевадародыАпошнія ўключаюць крэкінг-газ,ацэтылен,этылен,прапіленібутадыен.

Малекулярнае сіта з памерам пор 3 Å выкарыстоўваецца для выдалення вады з этанолу, які пазней можна выкарыстоўваць непасрэдна ў якасці біяпаліва або ўскосна для вытворчасці розных прадуктаў, такіх як хімікаты, прадукты харчавання, фармацэўтычныя прэпараты і іншае. Паколькі звычайная дыстыляцыя не можа выдаліць усю ваду (непажаданы пабочны прадукт вытворчасці этанолу) з працэсных патокаў этанолу з-за ўтварэння...азеатропПры канцэнтрацыі каля 95,6 працэнта па вазе малекулярныя сітавыя шарыкі выкарыстоўваюцца для падзелу этанолу і вады на малекулярным узроўні шляхам адсарбцыі вады ў шарыкі і дазваляючы этанолу свабодна праходзіць. Пасля таго, як шарыкі запоўнены вадой, можна маніпуляваць тэмпературай або ціскам, што дазваляе вадзе вызваляцца з малекулярных сітавых шарыкаў.[15]

Малекулярныя сіты з памерам пор 3 Å захоўваюцца пры пакаёвай тэмпературы пры адноснай вільготнасці не больш за 90%. Яны герметычна закрытыя пад паніжаным ціскам, удалечыні ад вады, кіслот і шчолачаў.

4 Å

Хімічная формула: Na2O•Al2O3•2SiO2•9/2H2O

Суадносіны крэмнію і алюмінію: 1:1 (SiO2/ Al2O3≈2)

Вытворчасць

Вытворчасць сіта з памерам 4 Å адносна простая, бо не патрабуе ні высокага ціску, ні асабліва высокіх тэмператур. Звычайна водныя растворысілікат натрыюіалюмінат натрыюзмешваюцца пры тэмпературы 80 °C. Прадукт, прасякнуты растваральнікам, «актывуецца» шляхам «запякання» пры тэмпературы 400 °C. Сіты 4A служаць папярэднікамі сіт 3A і 5A.катыённы абмензнатрыйдлякалій(для 3А) абокальцый(для 5А)

Выкарыстанне

Сушыльныя растваральнікі

Малекулярныя сіты з памерам пор 4 Å шырока выкарыстоўваюцца для сушкі лабараторных растваральнікаў. Яны могуць паглынаць ваду і іншыя малекулы з крытычным дыяметрам менш за 4 Å, такія як NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 і C2H4. Яны шырока выкарыстоўваюцца пры сушэнні, перапрацоўцы і ачыстцы вадкасцей і газаў (напрыклад, для падрыхтоўкі аргону).

 

Дадаткі з поліэфірных рэчываўрэдагаваць]

Гэтыя малекулярныя сіты выкарыстоўваюцца для паляпшэння працы мыйных сродкаў, бо яны могуць вырабляць дэмінералізаваную ваду празкальцыйіённы абмен, выдаляюць і прадухіляюць адклад бруду. Яны шырока выкарыстоўваюцца для заменыфосфарМалекулярнае сіта 4 Å адыгрывае важную ролю ў замене трыпаліфасфату натрыю ў якасці дапаможнага мыйнага сродку для змякчэння ўздзеяння мыйнага сродку на навакольнае асяроддзе. Яно таксама можа выкарыстоўвацца ў якасцімылафарміруючага агента і ўзубная паста.

Апрацоўка шкодных адходаў

Малекулярныя сіты 4 Å могуць ачышчаць сцёкавыя воды ад катыённых часціц, такіх якамонійіёны Pb2+, Cu2+, Zn2+ і Cd2+. Дзякуючы высокай селектыўнасці ў дачыненні да NH4+ яны паспяхова выкарыстоўваюцца ў палявых умовах для барацьбы зэўтрафікацыяі іншыя наступствы для водных шляхоў з-за празмернай колькасці іонаў амонія. Малекулярныя сіты з памерам пор 4 Å таксама выкарыстоўваліся для выдалення іонаў цяжкіх металаў, якія прысутнічаюць у вадзе з-за прамысловай дзейнасці.

Іншыя мэты

Theметалургічная прамысловасцьраздзяляльны агент, аддзяленне, экстракцыя расолу калію,рубідый,цэзійі г.д.

Нафтахімічная прамысловасць,каталізатар,асушальнік, адсарбент

Сельская гаспадарка:кандыцыянер глебы

Лекі: загрузка срэбрамцэалітантыбактэрыйны сродак.

5 Å

Хімічная формула: 0,7CaO•0,30Na2O•Al2O3•2,0SiO2•4,5H2O

Суадносіны крэмнія і алюмінію: SiO2/Al2O3≈2

Вытворчасць

Малекулярныя сіты 5А атрымліваюць шляхам катыённага абменукальцыйдлянатрыйу малекулярных сітах 4A (гл. вышэй)

Выкарыстанне

Пяць-Ангстрэм(5Å) малекулярныя сіты часта выкарыстоўваюцца ўнафтапрамысловасці, асабліва для ачысткі газавых патокаў і ў хімічнай лабараторыі для падзелузлучэнніі зыходныя матэрыялы для рэакцыі сушкі. Яны ўтрымліваюць малюсенькія пары дакладнага і аднастайнага памеру і ў асноўным выкарыстоўваюцца ў якасці адсарбенту для газаў і вадкасцей.

Для сушкі выкарыстоўваюцца малекулярныя сіты з пяццю ангстрэмаміпрыродны газ, разам з выступленнемдэсульфурызацыяідэкарбанізацыягазу. Іх таксама можна выкарыстоўваць для аддзялення сумесяў кіслароду, азоту і вадароду, а таксама н-вугляводаў нафтавага воску ад разгалінаваных і поліцыклічных вуглевадародаў.

Малекулярныя сіты з пяццю ангстрэмамі захоўваюцца пры пакаёвай тэмпературы.адносная вільготнасцьменш за 90% у кардонных бочках або кардоннай упакоўцы. Малекулярныя сіты не павінны падвяргацца непасрэднаму ўздзеянню паветра і вады, варта пазбягаць кіслот і шчолачаў.

Марфалогія малекулярных сіт

Малекулярныя сіты выпускаюцца ў розных формах і памерах. Але сферычныя шарыкі маюць перавагу перад іншымі формамі, бо яны забяспечваюць меншы перапад ціску, устойлівыя да сцірання, бо не маюць вострых краёў, і маюць добрую трываласць, г.зн. сіла раздушвання, неабходная на адзінку плошчы, вышэйшая. Некаторыя шарыкавыя малекулярныя сіты маюць меншую цеплаёмістасць, тым самым зніжаючыя энергаспажыванне падчас рэгенерацыі.

Яшчэ адна перавага выкарыстання малекулярных сіт з шарыкамі заключаецца ў тым, што аб'ёмная шчыльнасць звычайна вышэйшая, чым у іншых формаў, таму для тых жа патрэб у адсорбцыі патрабуецца меншы аб'ём малекулярнага сіта. Такім чынам, пры ліквідацыі вузкіх месцаў можна выкарыстоўваць малекулярныя сіты з шарыкамі, загружаць больш адсарбенту ў тым жа аб'ёме і пазбягаць любых мадыфікацый ёмістасці.