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

Ang molecular sieve ay isang materyal na may mga butas (napakaliit na butas) na pare-pareho ang laki. Ang mga diyametro ng butas na ito ay magkapareho ang laki sa maliliit na molekula, at samakatuwid ang malalaking molekula ay hindi maaaring makapasok o ma-adsorb, habang ang mas maliliit na molekula ay maaari. Habang ang isang halo ng mga molekula ay lumilipat sa nakatigil na kama ng porous, semi-solid na substansiya na tinutukoy bilang isang sieve (o matrix), ang mga bahagi na may pinakamataas na molecular weight (na hindi makadaan sa mga molecular pores) ay unang umaalis sa kama, na sinusundan ng sunod-sunod na mas maliliit na molekula. Ang ilang molecular sieves ay ginagamit sa size-exclusion chromatography, isang pamamaraan ng paghihiwalay na nag-uuri ng mga molekula batay sa kanilang laki. Ang iba pang mga molecular sieves ay ginagamit bilang mga desiccant (ang ilang halimbawa ay kinabibilangan ng activated charcoal at silica gel).
Ang diyametro ng butas ng isang molecular salaan ay sinusukat sa ångströms (Å) o nanometro (nm). Ayon sa notasyon ng IUPAC, ang mga materyales na microporous ay may mga diyametro ng butas na mas mababa sa 2 nm (20 Å) at ang mga materyales na macroporous ay may mga diyametro ng butas na mas malaki sa 50 nm (500 Å); samakatuwid, ang kategoryang mesoporous ay nasa gitna na may mga diyametro 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.
Materyal na may mikroporous (
●Mga Zeolite (mga mineral na aluminosilicate, huwag ipagkamali sa aluminum silicate)
●Zeolite LTA: 3–4 Å
●Butas-butas na salamin: 10 Å (1 nm), at pataas
●Aktibong karbon: 0–20 Å (0–2 nm), at pataas
●Mga luwad
●Mga halo-halong Montmorillonite
●Halloysite (endellite): Dalawang karaniwang anyo ang matatagpuan, kapag hydrated, ang luwad ay nagpapakita ng 1 nm na pagitan ng mga patong at kapag dehydrated (meta-halloysite) ang pagitan ay 0.7 nm. Ang Halloysite ay natural na lumilitaw bilang maliliit na silindro na may average na 30 nm ang diyametro na may haba sa pagitan ng 0.5 at 10 micrometres.
Materyal na mesoporous (2–50 nm)
Silicon dioxide (ginagamit sa paggawa ng silica gel): 24 Å (2.4 nm)
Materyal na may malalaking butas (>50 nm)
Makroporous na silica, 200–1000 Å (20–100 nm)
Mga Aplikasyon[baguhin]
Ang mga molecular saev ay kadalasang ginagamit sa industriya ng petrolyo, lalo na para sa pagpapatuyo ng mga daloy ng gas. Halimbawa, sa industriya ng liquid natural gas (LNG), ang nilalaman ng tubig ng gas ay kailangang bawasan sa mas mababa sa 1 ppmv upang maiwasan ang mga bara na dulot ng yelo o methane clathrate.
Sa laboratoryo, ginagamit ang mga molecular saeves upang patuyuin ang solvent. Napatunayang mas mahusay ang mga "Saeves" kaysa sa mga tradisyonal na pamamaraan ng pagpapatuyo, na kadalasang gumagamit ng mga agresibong desiccant.
Sa ilalim ng terminong zeolite, ang mga molecular sieves ay ginagamit para sa malawak na hanay ng mga catalytic application. Pinapagana ng mga ito ang isomerisation, alkylation, at epoxidation, at ginagamit sa malawakang prosesong pang-industriya, kabilang ang hydrocracking at fluid catalytic cracking.
Ginagamit din ang mga ito sa pagsasala ng mga suplay ng hangin para sa mga aparatong panghinga, halimbawa ang mga ginagamit ng mga scuba diver at bumbero. Sa ganitong mga aplikasyon, ang hangin ay ibinibigay ng isang air compressor at ipinapasa sa isang cartridge filter na, depende sa aplikasyon, ay pinupuno ng molecular sieve at/o activated carbon, at sa huli ay ginagamit upang magkarga ng mga tangke ng hangin na panghinga. Ang ganitong pagsasala ay maaaring mag-alis ng mga particulate at mga produkto ng tambutso ng compressor mula sa suplay ng hangin na panghinga.
Pag-apruba ng FDA.
Noong Abril 1, 2012, inaprubahan ng US FDA ang sodium aluminosilicate para sa direktang pakikipag-ugnayan sa mga consumable na bagay sa ilalim ng 21 CFR 182.2727. Bago ang pag-apruba na ito, gumamit ang European Union ng mga molecular sieves sa mga parmasyutiko at iminungkahi ng mga independiyenteng pagsusuri na natutugunan ng mga molecular sieves ang lahat ng mga kinakailangan ng gobyerno ngunit ayaw pondohan ng industriya ang mamahaling pagsusuri na kinakailangan para sa pag-apruba ng gobyerno.
Rehabilitasyon
Ang mga pamamaraan para sa pagbabagong-buhay ng mga molecular sieves ay kinabibilangan ng pagbabago ng presyon (tulad ng sa mga oxygen concentrator), pagpapainit at paglilinis gamit ang isang carrier gas (tulad ng kapag ginagamit sa ethanol dehydration), o pagpapainit sa ilalim ng mataas na vacuum. Ang 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 pagpapainit nito sa isang regular na oven sa 120 °C (250 °F) sa loob ng dalawang oras. Gayunpaman, ang ilang uri ng silica gel ay "puputok" kapag nalantad sa sapat na tubig. Ito ay sanhi ng pagkabasag ng mga silica sphere kapag nadikit sa tubig.

Modelo	Diametro ng butas (Ångström)	Densidad ng bulk (g/ml)	Nasipsip na tubig (% w/w)	Atrisyon o abrasyon, W(% w/w)	Paggamit
3Å	3	0.60–0.68	19–20	0.3–0.6	Pagkatuyongpagbibitak ng petrolyogas at alkenes, pumipiling adsorption ng H2O sainsulated na salamin (IG)at polyurethane, pagpapatuyo ngpanggatong na etanolpara sa paghahalo sa gasolina.
4Å	4	0.60–0.65	20–21	0.3–0.6	Pagsipsip ng tubig sasosa aluminosilicatena inaprubahan ng FDA (tingnan angsa ibaba) ginagamit bilang molecular salaan sa mga medikal na lalagyan upang mapanatiling tuyo ang mga nilalaman at bilangpandagdag sa pagkainpagkakaroonE-numeroE-554 (anti-caking agent); Mas mainam para sa static dehydration sa mga saradong likido o gas system, halimbawa, sa packaging ng mga gamot, mga electric component at mga kemikal na madaling masira; water scavenging sa mga sistema ng pag-iimprenta at plastik at pagpapatuyo ng mga saturated hydrocarbon stream. Kabilang sa mga adsorbed species ang SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6, at C3H6. Karaniwang itinuturing na isang universal drying agent sa polar at nonpolar media;[12]paghihiwalay ngnatural na gasatmga alkene, adsorption ng tubig sa mga lugar na hindi sensitibo sa nitrogenpolyurethane
5Å-DW	5	0.45–0.50	21–22	0.3–0.6	Pag-alis ng grasa at pagbaba ng pour point ngabyasyon keroseneatdiesel, at paghihiwalay ng mga alkene
5Å maliit na mayaman sa oxygen	5	0.4–0.8	≥23		Espesyal na idinisenyo para sa medikal o malusog na oxygen generatorkailangan ng sitasyon]
5Å	5	0.60–0.65	20–21	0.3–0.5	Pagpapatuyo at paglilinis ng hangin;dehydrationatdesulfurisasyonng natural na gas atlikidong petrolyo gas;oksihenoathidrohenoproduksyon niadsorption ng pressure swingproseso
10X	8	0.50–0.60	23–24	0.3–0.6	Mataas na kahusayan sa sorption, ginagamit sa pagpapatuyo, decarburization, desulfurization ng gas at likido at paghihiwalay ngaromatikong hidrokarbon
13X	10	0.55–0.65	23–24	0.3–0.5	Pagpapatuyo, desulfurization at paglilinis ng petroleum gas at natural gas
13X-AS	10	0.55–0.65	23–24	0.3–0.5	Dekarburisasyonat 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	Pagpapatamis(pag-alis ngmga thiol) nggasolina sa abyasyonat katumbasmga likidong hydrocarbon

Mga kakayahan sa adsorption

3Å

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

Proporsyon ng Silica-alumina: SiO2/Al2O3≈2

Produksyon

Ang mga 3A molecular saeves ay nalilikha sa pamamagitan ng cation exchange ngpotasapara sasosasa 4A molecular saeves (Tingnan sa ibaba)

Paggamit

Ang mga 3Å molecular saeves ay hindi sumisipsip ng mga molekula na ang diyametro ay mas malaki sa 3 Å. Ang mga katangian ng mga molecular saeves na ito ay kinabibilangan ng mabilis na bilis ng adsorption, madalas na kakayahang magbagong-buhay, mahusay na resistensya sa pagdurog atpaglaban sa polusyonAng mga katangiang ito ay maaaring mapabuti ang parehong kahusayan at tagal ng buhay ng salaan. Ang 3Å molecular saeves ay ang kinakailangang desiccant sa mga industriya ng petrolyo at kemikal para sa pagpino ng langis, polimerisasyon, at pagpapatuyo gamit ang kemikal na gas-liquid depth.

Ang mga 3Å molecular saeves ay ginagamit upang patuyuin ang iba't ibang materyales, tulad ngetanol, hangin,mga refrigerant,natural na gasatmga unsaturated hydrocarbonKasama sa huli ang cracking gas,asetileno,etilena,propyleneatbutadiene.

Ang 3Å molecular save ay ginagamit upang alisin ang tubig mula sa ethanol, na maaaring gamitin nang direkta bilang bio-fuel o hindi direkta upang makagawa ng iba't ibang produkto tulad ng mga kemikal, pagkain, parmasyutiko, at marami pang iba. Dahil hindi kayang alisin ng normal na distilasyon ang lahat ng tubig (isang hindi kanais-nais na byproduct mula sa produksyon ng ethanol) mula sa mga daluyan ng proseso ng ethanol dahil sa pagbuo ng isangazeotropeSa humigit-kumulang 95.6 porsyentong konsentrasyon ayon sa timbang, ang mga molecular sieve beads ay ginagamit upang paghiwalayin ang ethanol at tubig sa antas molekular sa pamamagitan ng pagsipsip ng tubig sa mga beads at pagpapahintulot sa ethanol na malayang dumaan. Kapag ang mga beads ay puno na ng tubig, maaaring manipulahin ang temperatura o presyon, na nagpapahintulot sa tubig na mapalabas mula sa mga molecular sieve beads.[15]

Ang mga 3Å molecular saeves ay iniimbak sa temperatura ng kuwarto, na may relatibong humidity na hindi hihigit sa 90%. Ang mga ito ay selyado sa ilalim ng pinababang presyon, inilalayo sa tubig, mga asido, at alkali.

4Å

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

Proporsyon ng silikon-aluminyo: 1:1 (SiO2/Al2O3≈2)

Produksyon

Ang paggawa ng 4Å salaan ay medyo simple dahil hindi ito nangangailangan ng mataas na presyon o partikular na mataas na temperatura. Karaniwang may tubig na solusyon ngsodium silicateatsodium aluminateay pinagsama sa 80 °C. Ang produktong binabad sa solvent ay "naa-activate" sa pamamagitan ng "pagbe-bake" sa 400 °C. Ang mga 4A na salaan ay nagsisilbing pasimula sa mga 3A at 5A na salaan.palitan ng kasyonngsosapara sapotasa(para sa 3A) okalsiyum(para sa 5A)

Paggamit

Mga solvent na pampatuyo

Ang mga 4Å molecular saeves ay malawakang ginagamit upang patuyuin ang mga solvent sa laboratoryo. Kaya nitong sumipsip ng tubig at iba pang mga molekula na may kritikal na diyametro na mas mababa sa 4 Å tulad ng NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6, at C2H4. Malawakang ginagamit ang mga ito sa pagpapatuyo, pagpino, at paglilinis ng mga likido at gas (tulad ng paghahanda ng argon).

 

Mga additives ng ahente ng polyesteri-edit]

Ang mga molekular na salaan na ito ay ginagamit upang tumulong sa mga detergent dahil maaari silang makagawa ng demineralized na tubig sa pamamagitan ngkalsiyumpagpapalitan ng ion, inaalis at pinipigilan ang pagdedeposito ng dumi. Malawakang ginagamit ang mga ito upang palitanposporusAng 4Å molecular sieve ay may malaking papel sa pagpapalit ng sodium tripolyphosphate bilang pantulong na detergent upang mabawasan ang epekto sa kapaligiran ng detergent. Maaari rin itong gamitin bilangsabonahente ng pagbubuo at satoothpaste.

Pagproseso ng mapaminsalang basura

Ang 4Å molecular saeves ay maaaring maglinis ng dumi sa alkantarilya ng mga cationic species tulad ngammoniummga ion, Pb2+, Cu2+, Zn2+ at Cd2+. Dahil sa mataas na selektibidad para sa NH4+, matagumpay silang nailapat sa larangan upang labanan angeutrofikasyonat iba pang mga epekto sa mga daluyan ng tubig dahil sa labis na ammonium ions. Ginamit din ang 4Å molecular saeves upang alisin ang mga heavy metal ions na nasa tubig dahil sa mga gawaing industriyal.

Iba pang mga layunin

Angindustriya ng metalurhiya: ahente ng paghihiwalay, paghihiwalay, pagkuha ng brine potassium,rubidium,cesium, atbp.

Industriya ng petrokemikal,katalista,pampatuyo, adsorbent

Agrikultura:pampalusog ng lupa

Gamot: karga pilakzeoliteahente na antibacterial.

5Å

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

Proporsyon ng Silica-alumina: SiO2/Al2O3≈2

Produksyon

Ang mga 5A molecular saeves ay nalilikha sa pamamagitan ng cation exchange ngkalsiyumpara sasosasa 4A molecular saeves (Tingnan sa itaas)

Paggamit

Lima-ångström(5Å) na mga molekular na salaan ay kadalasang ginagamit sapetrolyoindustriya, lalo na para sa paglilinis ng mga daloy ng gas at sa laboratoryo ng kimika para sa paghihiwalaymga compoundat mga panimulang materyales para sa reaksyon ng pagpapatuyo. Naglalaman ang mga ito ng maliliit na butas na may tumpak at pare-parehong laki, at pangunahing ginagamit bilang adsorbent para sa mga gas at likido.

Ang mga five-ångström molecular saeves ay ginagamit upang patuyuinnatural na gas, kasama ang pagtatanghaldesulfurisasyonatdekarbonasyonng gas. Maaari rin itong gamitin upang paghiwalayin ang mga pinaghalong oxygen, nitrogen at hydrogen, at oil-wax n-hydrocarbons mula sa branched at polycyclic hydrocarbons.

Ang mga five-ångström molecular sae ay iniimbak sa temperatura ng silid, na mayrelatibong halumigmigmas mababa sa 90% sa mga bariles na karton o balot na karton. Ang mga molekular na salaan ay hindi dapat direktang malantad sa hangin at tubig, dapat iwasan ang mga asido at alkali.

Morpolohiya ng mga molekular na salaan

Ang mga molecular siever ay may iba't ibang hugis at laki. Ngunit ang mga spherical beads ay may kalamangan kumpara sa ibang mga hugis dahil mas mababa ang pressure drop, hindi tinatablan ng attrition dahil wala itong matutulis na gilid, at may mahusay na lakas, ibig sabihin, mas mataas ang crush force na kailangan kada unit area. Ang ilang beaded molecular siever ay may mas mababang heat capacity kaya mas mababa ang pangangailangan sa enerhiya habang nagre-regenerate.

Ang isa pang bentahe ng paggamit ng beaded molecular sieves ay ang bulk density nito ay karaniwang mas mataas kaysa sa ibang hugis, kaya para sa parehong pangangailangan sa adsorption, mas kaunti ang kailangan na molecular sieve volume. Kaya naman habang nagde-de-bottlenecking, maaaring gumamit ng beaded molecular sieves, maglagay ng mas maraming adsorbent sa parehong volume, at maiwasan ang anumang pagbabago sa vessel.