Ang molecular sieve ay isang materyal na may mga pores (napakaliliit na butas) na pare-pareho ang laki

Ang molecular sieve ay isang materyal na may mga pores (napakaliliit na butas) na pare-pareho ang laki. Ang mga diameter ng butas na ito ay magkapareho sa laki sa maliliit na molekula, at sa gayon ang malalaking molekula ay hindi maaaring makapasok o ma-adsorbed, habang ang mas maliliit na molekula ay maaari. Habang ang pinaghalong mga molekula ay lumilipat sa nakatigil na kama ng porous, semi-solid substance na tinutukoy bilang sieve (o matrix), ang mga bahagi ng pinakamataas na molekular na timbang (na hindi makakapasok sa mga molekular na pores) ay umalis muna sa kama, sinusundan ng sunud-sunod na maliliit na molekula. Ang ilang molecular sieves ay ginagamit sa size-exclusion chromatography, isang separation technique na nag-uuri ng mga molecule batay sa kanilang laki. Ang ibang molecular sieves ay ginagamit bilang mga desiccant (ilang halimbawa ay kinabibilangan ng activated charcoal at silica gel).
Ang diameter ng butas ng butas ng isang molecular sieve ay sinusukat sa ångströms (Å) o nanometer (nm). Ayon sa notasyon ng IUPAC, ang mga microporous na materyales ay may pore diameter na mas mababa sa 2 nm (20 Å) at ang macroporous na materyales ay may pore diameter na higit sa 50 nm (500 Å); ang kategoryang mesoporous kaya nasa gitna na may mga diameter ng butas sa pagitan ng 2 at 50 nm (20–500 Å).
Mga materyales
Ang mga molecular sieves ay maaaring microporous, mesoporous, o macroporous na materyal.
Microporous na materyal (
●Zeolites (aluminosilicate minerals, hindi dapat ipagkamali sa aluminum silicate)
●Zeolite LTA: 3–4 Å
●Porous na salamin: 10 Å (1 nm), at mas mataas
●Aktibong carbon: 0–20 Å (0–2 nm), at mas mataas
●Mga luad
●Montmorillonite intermixes
●Halloysite (endellite): Dalawang karaniwang anyo ang matatagpuan, kapag na-hydrated ang clay ay nagpapakita ng 1 nm spacing ng mga layer at kapag na-dehydrate (meta-halloysite) ang spacing ay 0.7 nm. Ang halloysite ay natural na nangyayari bilang mga maliliit na silindro na may average na 30 nm ang lapad na may haba sa pagitan ng 0.5 at 10 micrometres.
Mesoporous na materyal (2–50 nm)
Silicon dioxide (ginagamit para gumawa ng silica gel): 24 Å (2.4 nm)
Macroporous na materyal (>50 nm)
Macroporous silica, 200–1000 Å (20–100 nm)
Mga aplikasyon[baguhin]
Ang mga molecular sieves ay kadalasang ginagamit sa industriya ng petrolyo, lalo na para sa pagpapatuyo ng mga daluyan ng gas. Halimbawa, sa industriya ng likidong natural gas (LNG), ang nilalaman ng tubig ng gas ay kailangang bawasan sa mas mababa sa 1 ppmv upang maiwasan ang mga pagbara na dulot ng yelo o methane clathrate.
Sa laboratoryo, ang mga molecular sieves ay ginagamit upang matuyo ang solvent. Ang "Sieves" ay napatunayang nakahihigit sa tradisyonal na mga diskarte sa pagpapatuyo, na kadalasang gumagamit ng mga agresibong desiccant.
Sa ilalim ng terminong zeolite, ginagamit ang mga molecular sieves para sa malawak na hanay ng mga catalytic application. Pina-catalyze ng mga ito ang isomerization, alkylation, at epoxidation, at ginagamit sa malalaking proseso ng industriya, kabilang ang hydrocracking at fluid catalytic cracking.
Ginagamit din ang mga ito sa pagsasala ng mga suplay ng hangin para sa mga kagamitan sa paghinga, halimbawa ang mga ginagamit ng mga scuba diver at mga bumbero. Sa ganitong mga aplikasyon, ang hangin ay ibinibigay ng isang air compressor at ipinapasa sa isang cartridge filter na, depende sa aplikasyon, ay puno ng molecular sieve at/o activated carbon, sa wakas ay ginagamit upang singilin ang mga tangke ng hangin sa paghinga. Ang ganitong pagsasala ay maaaring mag-alis ng mga particulate at mga produktong tambutso ng compressor mula sa suplay ng hangin sa paghinga.
Pag-apruba ng FDA.
Ang US FDA ay may inaprubahan noong Abril 1, 2012, ang sodium aluminosilicate para sa direktang pakikipag-ugnayan sa mga consumable na item sa ilalim ng 21 CFR 182.2727. Bago ang pag-apruba na ito ay gumamit ang European Union ng mga molecular sieves na may mga pharmaceutical at nagmungkahi ng independiyenteng pagsusuri na ang mga molekular na sieves ay nakakatugon sa lahat ng kinakailangan ng gobyerno ngunit ang industriya ay hindi gustong pondohan ang mamahaling pagsubok na kinakailangan para sa pag-apruba ng gobyerno.
Pagbabagong-buhay
Kasama sa mga paraan para sa pagbabagong-buhay ng mga molecular sieves ang pagbabago ng presyon (tulad ng sa mga oxygen concentrators), pag-init at paglilinis gamit ang isang carrier gas (tulad ng kapag ginamit sa ethanol dehydration), o pag-init sa ilalim ng mataas na vacuum. Ang mga temperatura ng pagbabagong-buhay ay mula 175 °C (350 °F) hanggang 315 °C (600 °F) depende sa uri ng molecular sieve. Sa kabaligtaran, ang silica gel ay maaaring muling buuin sa pamamagitan ng pag-init nito sa isang regular na oven hanggang 120 °C (250 °F) sa loob ng dalawang oras. Gayunpaman, ang ilang uri ng silica gel ay "pop" kapag nalantad sa sapat na tubig. Ito ay sanhi ng pagkasira ng mga silica sphere kapag nakikipag-ugnayan sa tubig.

Modelo	diameter ng butas (Ångström)	Bulk density (g/ml)	Na-adsorbed na tubig (% w/w)	Attrition o abrasion, W(% w/w)	Paggamit
3Å	3	0.60–0.68	19–20	0.3–0.6	Pagkatuyongpag-crack ng petrolyogas at alkenes, selective adsorption ng H2O ininsulated glass (IG)at polyurethane, pagpapatuyo nggasolina ng ethanolpara sa paghahalo sa gasolina.
4Å	4	0.60–0.65	20–21	0.3–0.6	Adsorption ng tubig sasosa aluminosilicatena inaprubahan ng FDA (tingnansa ibaba) ginagamit bilang molecular sieve sa mga medikal na lalagyan upang panatilihing tuyo ang mga nilalaman at bilangpandagdag sa pagkainpagkakaroonE-numeroE-554 (anti-caking agent); Mas gusto para sa static na dehydration sa saradong likido o gas system, hal, sa packaging ng mga gamot, mga de-koryenteng sangkap at mga kemikal na madaling masira; pag-aalis ng tubig sa mga sistema ng pag-imprenta at mga plastik at pagpapatuyo ng mga saturated hydrocarbon stream. Kabilang sa mga na-adsorbed na species ang SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6, at C3H6. Karaniwang itinuturing na isang unibersal na ahente ng pagpapatuyo sa polar at nonpolar media;[12]paghihiwalay ngnatural na gasatmga alkenes, adsorption ng tubig sa non-nitrogen sensitivepolyurethane
5Å-DW	5	0.45–0.50	21–22	0.3–0.6	Degreasing at pour point depression ngabyasyon keroseneatdiesel, at paghihiwalay ng alkenes
5Å maliit na pinayaman ng oxygen	5	0.4–0.8	≥23		Espesyal na idinisenyo para sa medikal o malusog na oxygen generator[kailangan ng pagsipi]
5Å	5	0.60–0.65	20–21	0.3–0.5	pagpapatuyo at paglilinis ng hangin;dehydrationatdesulfurizationng natural gas atlikidong petrolyo gas;oxygenathydrogenproduksyon sa pamamagitan ngpressure swing adsorptionproseso
10X	8	0.50–0.60	23–24	0.3–0.6	High-efficient sorption, ginagamit sa pagpapatuyo, decarburization, desulfurization ng gas at likido at paghihiwalay ngmabangong hydrocarbon
13X	10	0.55–0.65	23–24	0.3–0.5	Desiccation, desulfurization at purification ng petrolyo gas at natural gas
13X-AS	10	0.55–0.65	23–24	0.3–0.5	Decarburizationat pagkatuyo sa industriya ng paghihiwalay ng hangin, paghihiwalay ng nitrogen mula sa oxygen sa mga oxygen concentrator
Cu-13X	10	0.50–0.60	23–24	0.3–0.5	Nagpapatamis(pag-alis ngthiols) ngpanggatong ng abyasyonat katumbaslikidong hydrocarbon

Mga kakayahan sa adsorption

3Å

Tinatayang kemikal na formula: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3• 2 SiO2 • 9/2 H2O

Silica-alumina ratio: SiO2/ Al2O3≈2

Produksyon

3A molecular sieves ay ginawa sa pamamagitan ng cation exchange ngpotasapara sasosasa 4A molecular sieves (Tingnan sa ibaba)

Paggamit

Ang 3Å molecular sieves ay hindi sumisipsip ng mga molekula na ang diameter ay mas malaki sa 3 Å. Ang mga katangian ng mga molecular sieves na ito ay kinabibilangan ng mabilis na bilis ng adsorption, madalas na kakayahan sa pagbabagong-buhay, mahusay na paglaban sa pagdurog atpaglaban sa polusyon. Ang mga tampok na ito ay maaaring mapabuti ang parehong kahusayan at buhay ng salaan. Ang 3Å molecular sieves ay ang kinakailangang desiccant sa mga industriya ng petrolyo at kemikal para sa pagdadalisay ng langis, polymerization, at chemical gas-liquid depth drying.

Ang 3Å molecular sieves ay ginagamit upang matuyo ang isang hanay ng mga materyales, tulad ngethanol, hangin,mga nagpapalamig,natural na gasatunsaturated hydrocarbons. Kasama sa huli ang cracking gas,acetylene,ethylene,propyleneatbutadiene.

Ang 3Å molecular sieve ay ginagamit upang alisin ang tubig mula sa ethanol, na maaaring magamit sa ibang pagkakataon bilang isang bio-fuel o hindi direktang gumawa ng iba't ibang produkto tulad ng mga kemikal, pagkain, parmasyutiko, at higit pa. Dahil hindi maalis ng normal na distillation ang lahat ng tubig (isang hindi kanais-nais na byproduct mula sa paggawa ng ethanol) mula sa mga daloy ng proseso ng ethanol dahil sa pagbuo ng isangazeotropesa humigit-kumulang 95.6 porsiyentong konsentrasyon ayon sa timbang, ang mga molecular sieve beads ay ginagamit upang paghiwalayin ang ethanol at tubig sa antas ng molekular sa pamamagitan ng pag-adsorb ng tubig sa mga kuwintas at pinapayagan ang ethanol na malayang dumaan. Kapag ang mga butil ay puno ng tubig, ang temperatura o presyon ay maaaring manipulahin, na nagpapahintulot sa tubig na mailabas mula sa molecular sieve beads.[15]

Ang 3Å molecular sieves ay iniimbak sa temperatura ng silid, na may kamag-anak na halumigmig na hindi hihigit sa 90%. Ang mga ito ay tinatakan sa ilalim ng pinababang presyon, na inilalayo sa tubig, mga acid at alkalis.

4Å

Formula ng kemikal: Na2O•Al2O3•2SiO2•9/2H2O

Silicon-aluminum ratio: 1:1 (SiO2/ Al2O3≈2)

Produksyon

Ang paggawa ng 4Å na sieve ay medyo diretso dahil hindi ito nangangailangan ng mataas na presyon o partikular na mataas na temperatura. Karaniwang may tubig na mga solusyon ngsosa silicateatsodium aluminateay pinagsama sa 80 °C. Ang solvent-impregnated na produkto ay "na-activate" sa pamamagitan ng "baking" sa 400 °C 4A sieves ang nagsisilbing precursor sa 3A at 5A sieves sa pamamagitan ngpagpapalitan ng kationngsosapara sapotasa(para sa 3A) okaltsyum(para sa 5A)

Paggamit

Mga solvent sa pagpapatuyo

Ang 4Å molecular sieves ay malawakang ginagamit sa pagpapatuyo ng mga solvent ng laboratoryo. Maaari silang sumipsip ng tubig at iba pang mga molekula na may kritikal na diameter na mas mababa sa 4 Å gaya ng NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6, at C2H4. Malawakang ginagamit ang mga ito sa pagpapatuyo, pagdadalisay at paglilinis ng mga likido at gas (tulad ng paghahanda ng argon).

 

Mga additives ng polyester agent[i-edit]

Ang mga molecular sieves na ito ay ginagamit upang tulungan ang mga detergent dahil nakakagawa sila ng demineralized na tubigkaltsyumpagpapalitan ng ion, alisin at pigilan ang pagtitiwalag ng dumi. Ang mga ito ay malawakang ginagamit upang palitanposporus. Ang 4Å molecular sieve ay gumaganap ng malaking papel upang palitan ang sodium tripolyphosphate bilang pantulong na panlinis upang mabawasan ang epekto sa kapaligiran ng detergent. Maaari rin itong magamit bilang isangsabonbumubuo ng ahente at satoothpaste.

Mapanganib na paggamot sa basura

Maaaring linisin ng 4Å molecular sieves ang dumi sa alkantarilya ng mga cationic species tulad ngammoniummga ion, Pb2+, Cu2+, Zn2+ at Cd2+. Dahil sa mataas na selectivity para sa NH4+ sila ay matagumpay na nailapat sa larangan upang labananeutrophicationat iba pang epekto sa mga daluyan ng tubig dahil sa sobrang ammonium ions. Ginamit din ang 4Å molecular sieves upang alisin ang mga heavy metal ions na nasa tubig dahil sa mga aktibidad na pang-industriya.

Iba pang mga layunin

Angindustriyang metalurhiko: separating agent, separation, extraction of brine potassium,rubidium,cesium, atbp.

Industriya ng petrochemical,katalista,desiccant, adsorbent

Agrikultura:conditioner ng lupa

Gamot: load silverzeoliteahente ng antibacterial.

5Å

Formula ng kemikal: 0.7CaO•0.30Na2O•Al2O3•2.0SiO2 •4.5H2O

Silica-alumina ratio: SiO2/ Al2O3≈2

Produksyon

5A molecular sieves ay ginawa sa pamamagitan ng cation exchange ngkaltsyumpara sasosasa 4A molecular sieves (Tingnan sa itaas)

Paggamit

lima-ångström(5Å) molecular sieves ay madalas na ginagamit sapetrolyoindustriya, lalo na para sa paglilinis ng mga daluyan ng gas at sa laboratoryo ng kimika para sa paghihiwalaymga compoundat mga panimulang materyales sa reaksyon ng pagpapatayo. Naglalaman ang mga ito ng maliliit na pores na may tumpak at pare-parehong laki, at pangunahing ginagamit bilang isang adsorbent para sa mga gas at likido.

Ang limang-ångström molecular sieves ay ginagamit upang matuyonatural na gas, kasama ang pagtatanghaldesulfurizationatdecarbonationng gas. Magagamit din ang mga ito upang paghiwalayin ang mga mixture ng oxygen, nitrogen at hydrogen, at oil-wax n-hydrocarbons mula sa branched at polycyclic hydrocarbons.

Ang limang-ångström molecular sieves ay iniimbak sa temperatura ng silid, na may arelatibong halumigmigmas mababa sa 90% sa mga barrel ng karton o packaging ng karton. Ang mga molecular sieves ay hindi dapat direktang malantad sa hangin at tubig, acids at alkalis ay dapat na iwasan.

Morpolohiya ng molecular sieves

Available ang molecular sieves sa magkakaibang hugis at sukat. Ngunit ang mga spherical beads ay may kalamangan sa iba pang mga hugis dahil nag-aalok sila ng mas mababang pagbaba ng presyon, ay lumalaban sa attrition dahil wala silang anumang matulis na gilid, at may mahusay na lakas, ibig sabihin, ang puwersa ng pagdurog na kinakailangan sa bawat unit area ay mas mataas. Ang ilang mga beaded molecular sieves ay nag-aalok ng mas mababang kapasidad ng init kaya mas mababa ang pangangailangan ng enerhiya sa panahon ng pagbabagong-buhay.

Ang iba pang bentahe ng paggamit ng beaded molecular sieves ay ang bulk density ay kadalasang mas mataas kaysa sa iba pang hugis, kaya para sa parehong adsorption na kinakailangan ang molecular sieve volume na kinakailangan ay mas mababa. Kaya habang ginagawa ang de-bottlenecking, maaaring gumamit ng beaded molecular sieves, magkarga ng mas maraming adsorbent sa parehong volume, at maiwasan ang anumang pagbabago sa sisidlan.