Малекулярнае сіта - гэта матэрыял з порамі (вельмі маленькімі адтулінамі) аднолькавага памеру

Малекулярнае сіта - гэта матэрыял з порамі (вельмі маленькімі адтулінамі) аднолькавага памеру. Гэтыя дыяметры пор падобныя па памеры на малыя малекулы, і, такім чынам, вялікія малекулы не могуць патрапіць або адсарбавацца, у той час як меншыя малекулы могуць. Калі сумесь малекул мігруе праз нерухомы пласт порыстага паўцвёрдага рэчыва, які называецца сіта (або матрыца), кампаненты з найбольшай малекулярнай масай (якія не могуць прайсці ў малекулярныя пары) пакідаюць пласт першымі, паслядоўна ідуць меншыя малекулы. Некаторыя малекулярныя сіты выкарыстоўваюцца ў эксклюзійнай храматаграфіі, методыцы падзелу, якая сартуе малекулы ў залежнасці ад іх памеру. Іншыя малекулярныя сіты выкарыстоўваюцца ў якасці асушальнікаў (некаторыя прыклады ўключаюць актываваны вугаль і силикагель).
Дыяметр пор малекулярнага сіта вымяраецца ў ангстрёмах (Å) або нанаметрах (нм). Згодна з натацыяй IUPAC, мікрапорістыя матэрыялы маюць дыяметр пор менш за 2 нм (20 Å), а макрапорістыя матэрыялы маюць дыяметр пор больш за 50 нм (500 Å); такім чынам, мезапорыстая катэгорыя знаходзіцца пасярэдзіне з дыяметрам пор ад 2 да 50 нм (20–500 Å).
Матэрыялы
Малекулярныя сіты могуць быць мікрапорыстага, мезапорістага або макропористого матэрыялу.
Мікрапорыстага матэрыялу (
● Цэаліты (алюмасілікатныя мінералы, не блытаць з сілікатам алюмінія)
● Цэаліт LTA: 3–4 Å
●Порыстае шкло: 10 Å (1 нм) і больш
●Актыўны вугаль: 0–20 Å (0–2 нм) і вышэй
●Гліны
●Міксы монтмарылоніту
●Галуазіт (эндэліт): сустракаюцца дзве распаўсюджаныя формы: у гідратаваным стане адлегласць паміж пластамі гліны складае 1 нм, а ў дэгідратаваным (мета-галлуазіт) адлегласць складае 0,7 нм. Галуазіт сустракаецца ў прыродзе ў выглядзе невялікіх цыліндраў, якія маюць сярэдні дыяметр 30 нм і даўжыню ад 0,5 да 10 мікраметраў.
Мезопористый матэрыял (2–50 нм)
Дыяксід крэмнію (выкарыстоўваецца для вырабу сілікагеля): 24 Å (2,4 нм)
Макропорісты матэрыял (>50 нм)
Макропорісты дыяксід крэмнія, 200–1000 Å (20–100 нм)
Прыкладанні[правіць]
Малекулярныя сіты часта выкарыстоўваюцца ў нафтавай прамысловасці, асабліва для асушэння газавых патокаў. Напрыклад, у прамысловасці звадкаванага прыроднага газу (СПГ) утрыманне вады ў газе павінна быць зніжана да менш чым 1 праміле аб'ёму, каб прадухіліць закаркаванне, выкліканае лёдам або клатратам метану.
У лабараторыі малекулярныя сіты выкарыстоўваюцца для сушкі растваральніка. «Сіты» даказалі сваю перавагу ў параўнанні з традыцыйнымі метадамі сушкі, якія часта выкарыстоўваюць агрэсіўныя асушальнікі.
Пад тэрмінам цэаліты малекулярныя сіты выкарыстоўваюцца для шырокага спектру каталітычных прымянення. Яны каталізуюць ізамерызацыю, алкілаванне і эпаксідаванне і выкарыстоўваюцца ў буйнамаштабных прамысловых працэсах, уключаючы гідракрэкінг і вадкі каталітычны крэкінг.
Яны таксама выкарыстоўваюцца для фільтрацыі паветраных патокаў для дыхальных апаратаў, напрыклад, тых, якія выкарыстоўваюцца аквалангістамі і пажарнымі. У такіх выпадках паветра падаецца паветраным кампрэсарам і праходзіць праз картрыджны фільтр, які, у залежнасці ад прымянення, напоўнены малекулярным сітам і/або актываваным вуглём, у канчатковым выніку выкарыстоўваецца для зарадкі паветраных рэзервуараў для дыхання. Такая фільтрацыя можа выдаляць часціцы і прадукты выхлапу кампрэсара з паступлення паветра для дыхання.
Адабрэнне FDA.
FDA ЗША 1 красавіка 2012 г. ухваліла алюмасілікат натрыю для прамога кантакту з расходнымі матэрыяламі ў адпаведнасці з 21 CFR 182.2727. Да гэтага дазволу Еўрапейскі саюз выкарыстоўваў малекулярныя сіты з фармацэўтычнымі прэпаратамі, і незалежныя выпрабаванні паказалі, што малекулярныя сіты адпавядаюць усім дзяржаўным патрабаванням, але галіна не жадала фінансаваць дарагое тэсціраванне, неабходнае для зацвярджэння ўрада.
Рэгенерацыя
Метады рэгенерацыі малекулярных сіт ўключаюць змяненне ціску (як у канцэнтратары кіслароду), награванне і прадзьмухванне газам-носьбітам (як пры выкарыстанні ў дэгідратаціі этанолам) або награванне пад высокім вакуумам. Тэмпература рэгенерацыі вагаецца ад 175 °C (350 °F) да 315 °C (600 °F) у залежнасці ад тыпу малекулярнага сіта. Наадварот, сілікагель можна аднавіць, нагрэўшы яго ў звычайнай духоўцы да 120 °C (250 °F) на працягу двух гадзін. Аднак некаторыя тыпы силикагеля «выскокваюць» пры ўздзеянні дастатковай колькасці вады. Гэта выклікана паломкай сфер кремнезема пры кантакце з вадой.

мадэль	Дыяметр пор (Ангстрэм)	Аб'ёмная шчыльнасць (г/мл)	Адсарбаваная вада (% мас./мас)	Пацёртасць або ізаляцыя, W(% мас./мас.)	Выкарыстанне
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Высушваннезкрэкінг нафтыгазу і алкенаў, селектыўная адсорбцыя Н2О ўізаляванае шкло (IG)і паліурэтана, сушка афэтанолавае палівадля змешвання з бензінам.
4Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Адсорбцыя вады ўалюмасілікат натрыюякі зацверджаны FDA (глніжэй) выкарыстоўваецца ў якасці малекулярнага сіта ў медыцынскіх кантэйнерах, каб захаваць змесціва сухім і якхарчовая дабаўкамаючыЭлектронны нумарЕ-554 (антислеживатель); Пераважны для статычнай дэгідратацыі ў закрытых вадкасных або газавых сістэмах, напрыклад, ва ўпакоўках лекаў, электрычных кампанентаў і хуткапсавальных хімікатаў; паглынанне вады ў друкарскіх і пластмасавых сістэмах і сушка насычаных патокаў вуглевадародаў. Адсарбаваныя віды ўключаюць SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 і C3H6. Звычайна лічыцца ўніверсальным асушальнікам у палярных і непалярных асяроддзях;[12]аддзяленнепрыродны газіалкены, Адсорбцыя вады ў не адчувальных да азотуполіўрэтанавыя
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Абястлушчванне і зніжэнне тэмпературы застыванняавіяцыі газаідызель, і падзел алкенаў
5Å невялікі, узбагачаны кіслародам	5	0,4–0,8	≥23		Спецыяльна распрацаваны для медыцынскага або здаровага генератара кіслароду[неабходная цытата]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Асушэння і ачысткі паветра;абязводжваннеідесульфурацияпрыроднага газу ізвадкаваны нафтавы газ;кіслародівадародвытворчасці паадсорбцыі пры перападах ціскупрацэс
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Высокаэфектыўная сорбцыя, якая выкарыстоўваецца для асушэння, абязуглерожвання, сераабеспячэння газу і вадкасцей і падзелуараматычны вуглевадарод
13X	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Дэсікацыя, сераачыстка і ачыстка нафтавага і прыроднага газу
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Абязуглерожваннеі асушанне ў прамысловасці падзелу паветра, аддзяленне азоту ад кіслароду ў кіслародных канцэнтратарах
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Падсалоджванне(выдаленнетиолы) завіяцыйнае паліваі адпаведнвадкія вуглевадароды

Адсорбцыйныя магчымасці

3Å

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

Суадносіны дыяксід крэмнія і аксід алюмінія: SiO2/ Al2O3≈2

Вытворчасць

3A малекулярныя сіты вырабляюцца шляхам катыённага абменукалійдлянатрыюу малекулярных сітах 4A (гл. ніжэй)

Выкарыстанне

Малекулярныя сіты 3Å не адсарбуюць малекулы, дыяметр якіх перавышае 3 Å. Характарыстыкі гэтых малекулярных сіт ўключаюць высокую хуткасць адсорбцыі, здольнасць да частай рэгенерацыі, добрую ўстойлівасць да раздушвання іўстойлівасць да забруджванняў. Гэтыя функцыі могуць палепшыць як эфектыўнасць, так і тэрмін службы сіта. Малекулярныя сіты 3Å з'яўляюцца неабходным асушальнікам у нафтавай і хімічнай прамысловасці для перапрацоўкі нафты, полімерызацыі і хімічнай глыбокай сушкі газа-вадкасці.

Малекулярныя сіты 3Å выкарыстоўваюцца для сушкі шэрагу матэрыялаў, такіх якэтанол, паветра,холадагентаў,прыродны газіненасычаныя вуглевадароды. Да апошніх адносяцца крэкінг-газ,ацэтылен,этылен,прапіленібутадыен.

Малекулярнае сіта 3Å выкарыстоўваецца для выдалення вады з этанолу, які пазней можа быць выкарыстаны непасрэдна ў якасці біяпаліва або ўскосна для вытворчасці розных прадуктаў, такіх як хімікаты, прадукты харчавання, фармацэўтычныя прэпараты і інш. Паколькі звычайная дыстыляцыя не можа выдаліць усю ваду (непажаданы пабочны прадукт вытворчасці этанолу) з тэхналагічных патокаў этанолу з-за адукацыіазеатроппры канцэнтрацыі каля 95,6% па вазе шарыкі малекулярнага сіта выкарыстоўваюцца для падзелу этанолу і вады на малекулярным узроўні шляхам адсорбцыі вады ў шарыкі і прапускання этанолу свабодна. Пасля таго, як шарыкі напоўнены вадой, можна маніпуляваць тэмпературай або ціскам, дазваляючы вадзе выдзяляцца з шарыкаў малекулярнага сіта.[15]

Малекулярныя сіты 3Å захоўваюць пры пакаёвай тэмпературы, з адноснай вільготнасцю не больш за 90%. Яны герметызаваны пад паніжаным ціскам, удалечыні ад вады, кіслот і шчолачаў.

4Å

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

Суадносіны крэмній-алюміній: 1:1 (SiO2/ Al2O3≈2)

Вытворчасць

Вытворчасць сіты 4Å адносна простая, бо не патрабуе ні высокага ціску, ні асабліва высокіх тэмператур. Як правіла, водныя растворысілікат натрыюіалюмінат натрыюзлучаюць пры 80 °C. Прасякнуты растваральнікам прадукт "актывуецца" шляхам "выпякання" пры 400 °C. Сіты 4A служаць папярэднікам сіт 3A і 5A празкатыённы абмензнатрыюдлякалій(для 3А) абокальцый(для 5А)

Выкарыстанне

Сушыльныя растваральнікі

Малекулярныя сіты 4Å 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 сушцы, рафінаванні і ачыстцы вадкасцей і газаў (напрыклад, для атрымання аргону).

 

Поліэфірныя дабаўкі [рэдагаваць]

Гэтыя малекулярныя сіты выкарыстоўваюцца ў якасці дапаможных сродкаў для мыцця, паколькі яны могуць вырабляць дэмінералізаваную вадукальцыйіённы абмен, выдаліць і прадухіліць адклад бруду. Яны шырока выкарыстоўваюцца для заменыфосфар. Малекулярнае сіта 4Å адыгрывае важную ролю ў замене трыпаліфасфату натрыю ў якасці дапаможнага мыйнага сродкі для змякчэння ўздзеяння мыйнага сродкі на навакольнае асяроддзе. Ён таксама можа быць выкарыстаны ў якасцімылаутваральнік і ўзубная паста.

Апрацоўка шкодных адходаў

Малекулярныя сіты 4Å могуць ачышчаць сцёкавыя вады ад такіх катыёнаў, якамонійіёны, Pb2+, Cu2+, Zn2+ і Cd2+. Дзякуючы высокай селектыўнасці да NH4+ яны з поспехам прымяняюцца ў палявых умовах для барацьбыэўтрафікацыіі іншыя эфекты ў водных шляхах з-за празмернага ўтрымання іёнаў амонія. Малекулярныя сіты 4Å таксама выкарыстоўваліся для выдалення іёнаў цяжкіх металаў, якія прысутнічаюць у вадзе ў выніку прамысловай дзейнасці.

Іншыя мэты

Theметалургічная прамысловасць: раздзяляльны агент, сепарацыя, здабыча расола калію,рубідый,цэзійі г.д.

Нафтахімічная прамысловасць,каталізатар,асушальнік, адсарбент

Сельская гаспадарка:кандыцыянер глебы

Медыцына: загрузіць срэбрацэалітантыбактэрыйнае сродак.

5Å

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

Суадносіны дыяксід крэмнія і аксід алюмінія: SiO2/ Al2O3≈2

Вытворчасць

5A малекулярныя сіты вырабляюцца шляхам катыённага абменукальцыйдлянатрыюу малекулярных сітах 4A (гл. вышэй)

Выкарыстанне

пяць-ангстрэм(5Å) малекулярныя сіты часта выкарыстоўваюцца ўнафтапрамысловасці, асабліва для ачысткі газавых патокаў і ў хімічнай лабараторыі для раздзяленнязлучэнняўі сушкі зыходных матэрыялаў рэакцыі. Яны ўтрымліваюць малюсенькія пары дакладнага і аднастайнага памеру і ў асноўным выкарыстоўваюцца ў якасці адсарбентаў для газаў і вадкасцей.

Для сушкі выкарыстоўваюцца малекулярныя сіты пяці ангстрэмаўпрыродны газ, разам з выкананнемдесульфурацияідекарбонизациягазу. Яны таксама могуць быць выкарыстаны для аддзялення сумесяў кіслароду, азоту і вадароду, алею і парафіну n-вуглевадародаў ад разгалінаваных і поліцыклічных вуглевадародаў.

Малекулярныя сіты пяці ангстрэма захоўваюцца пры пакаёвай тэмпературы з аадносная вільготнасць паветраменш 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 даступныя ў розных формах і памерах. Але сферычныя шарыкі маюць перавагу перад іншымі формамі, паколькі яны забяспечваюць меншы перапад ціску, устойлівыя да сцірання, паколькі не маюць вострых краёў, і маюць добрую трываласць, г.зн. сіла раздушвання, неабходная на адзінку плошчы, вышэй. Некаторыя шарыкавыя малекулярныя сіты забяспечваюць меншую цеплаёмістасць, такім чынам, меншыя патрабаванні да энергіі падчас рэгенерацыі.

Іншая перавага выкарыстання бісерных малекулярных сіт заключаецца ў тым, што насыпная шчыльнасць звычайна вышэй, чым у іншай формы, таму для тых жа патрабаванняў да адсорбцыі патрабуецца меншы аб'ём малекулярнага сіта. Такім чынам, пры ліквідацыі вузкіх месцаў можна выкарыстоўваць бісерныя малекулярныя сіты, загружаць больш адсарбенту ў тым жа аб'ёме і пазбягаць любых мадыфікацый ёмістасці.