Molekularno sito je material s porami (zelo majhnimi luknjami) enake velikosti

Molekularno sito je material s porami (zelo majhnimi luknjami) enake velikosti. Ti premeri por so po velikosti podobni majhnim molekulam, zato velike molekule ne morejo vstopiti ali se adsorbirati, manjše molekule pa lahko. Ko se zmes molekul seli skozi nepremično plast porozne, poltrdne snovi, imenovane sito (ali matrika), komponente z največjo molekulsko maso (ki ne morejo preiti v molekularne pore) najprej zapustijo plast, sledijo zaporedoma manjše molekule. Nekatera molekularna sita se uporabljajo v kromatografiji z izključitvijo velikosti, tehniki ločevanja, ki razvršča molekule glede na njihovo velikost. Druga molekularna sita se uporabljajo kot sušilna sredstva (nekateri primeri vključujejo aktivno oglje in silikagel).
Premer por molekularnega sita se meri v ångströmih (Å) ali nanometrih (nm). V skladu z oznako IUPAC imajo mikroporozni materiali premer por manj kot 2 nm (20 Å), makroporozni materiali pa imajo premer por večji od 50 nm (500 Å); mezoporozna kategorija tako leži na sredini s premeri por med 2 in 50 nm (20–500 Å).
Materiali
Molekularna sita so lahko mikroporozna, mezoporozna ali makroporozna snov.
Mikroporozen material (
● Zeoliti (aluminosilikatni minerali, ne smemo jih zamenjati z aluminijevim silikatom)
●Zeolit ​​LTA: 3–4 Å
●Porozno steklo: 10 Å (1 nm) in več
●Aktivno oglje: 0–20 Å (0–2 nm) in več
●Gline
●Mešanice montmorilonita
●Halojzit (endelit): najdemo dve pogosti obliki, pri hidrirani glini je razmik med plastmi 1 nm, pri dehidrirani (meta-halojzit) pa 0,7 nm. Halloysite se naravno pojavlja kot majhni valji s povprečnim premerom 30 nm in dolžino med 0,5 in 10 mikrometri.
Mezoporozen material (2–50 nm)
Silicijev dioksid (uporablja se za izdelavo silikagela): 24 Å (2,4 nm)
Makroporozen material (>50 nm)
Makroporozen silicijev dioksid, 200–1000 Å (20–100 nm)
Aplikacije[uredi]
Molekularna sita se pogosto uporabljajo v naftni industriji, zlasti za sušenje plinskih tokov. Na primer, v industriji utekočinjenega zemeljskega plina (LNG) je treba vsebnost vode v plinu zmanjšati na manj kot 1 ppmv, da preprečimo blokade, ki jih povzroča led ali metan klatrat.
V laboratoriju se za sušenje topila uporabljajo molekularna sita. "Sita" so se izkazala za boljša od tradicionalnih tehnik sušenja, ki pogosto uporabljajo agresivna sušilna sredstva.
Pod izrazom zeoliti se molekularna sita uporabljajo za široko paleto katalitičnih aplikacij. Katalizirajo izomerizacijo, alkilacijo in epoksidacijo ter se uporabljajo v velikih industrijskih procesih, vključno s hidrokrekingom in fluidnim katalitskim krekingom.
Uporabljajo se tudi pri filtraciji dovodov zraka za dihalne aparate, na primer tiste, ki jih uporabljajo potapljači in gasilci. V takšnih aplikacijah zrak dovaja zračni kompresor in je šel skozi kartušni filter, ki je, odvisno od uporabe, napolnjen z molekularnim sitom in/ali aktivnim ogljem, na koncu pa se uporabi za polnjenje rezervoarjev zraka za dihanje. Takšna filtracija lahko odstrani delce in izpušni produkti kompresorja iz dovoda zraka za dihanje.
Odobritev FDA.
FDA ZDA je 1. aprila 2012 odobrila natrijev aluminosilikat za neposreden stik s potrošnim materialom pod 21 CFR 182.2727. Pred to odobritvijo je Evropska unija uporabljala molekularna sita s farmacevtskimi izdelki in neodvisno testiranje je pokazalo, da molekularna sita izpolnjujejo vse vladne zahteve, vendar industrija ni bila pripravljena financirati dragih testiranj, potrebnih za odobritev vlade.
Regeneracija
Metode za regeneracijo molekularnih sit vključujejo spremembo tlaka (kot pri koncentratorjih kisika), segrevanje in splakovanje z nosilnim plinom (kot pri dehidraciji etanola) ali segrevanje pod visokim vakuumom. Temperature regeneracije segajo od 175 °C (350 °F) do 315 °C (600 °F), odvisno od vrste molekularnega sita. Nasprotno pa je mogoče silikagel regenerirati tako, da ga dve uri segrevate v navadni pečici na 120 °C (250 °F). Vendar pa bodo nekatere vrste silikagela "počile", ko bodo izpostavljene zadostni količini vode. To je posledica lomljenja kroglic silicijevega dioksida ob stiku z vodo.

Model	Premer por (Ångström)	Nasipna gostota (g/ml)	Adsorbirana voda (% m/m)	Odrgnina ali obraba, W(% m/m)	Uporaba
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Izsušitevodkrekiranje nafteplin in alkeni, selektivna adsorpcija H2O vizolirano steklo (IG)in poliuretan, sušenjeetanol gorivoza mešanje z bencinom.
4Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Adsorpcija vode vnatrijev aluminosilikatki ga je odobrila FDA (glejtespodaj), ki se uporablja kot molekularno sito v medicinskih posodah za ohranjanje suhe vsebine in kotaditiv za živilaimetiE-številkaE-554 (sredstvo proti strjevanju); Prednostno za statično dehidracijo v zaprtih tekočih ali plinskih sistemih, npr. pri pakiranju zdravil, električnih komponent in pokvarljivih kemikalij; čiščenje vode v sistemih tiskanja in plastike ter sušenje nasičenih tokov ogljikovodikov. Adsorbirane vrste vključujejo SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 in C3H6. Na splošno velja za univerzalno sušilno sredstvo v polarnih in nepolarnih medijih;[12]ločitev odzemeljski plininalkeni, adsorpcija vode v neobčutljivih na dušikpoliuretan
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Razmaščevanje in znižanje vreliščaletalstvo kerozinindizelin ločevanje alkenov
5Å majhen obogaten s kisikom	5	0,4–0,8	≥23		Posebej zasnovan za medicinske ali zdrave generatorje kisika[citat potreben]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Sušenje in čiščenje zraka;dehidracijainrazžveplanjezemeljskega plina intekoči naftni plin;kisikinvodikproizvodnja s straniadsorpcija zaradi nihanja tlakapostopek
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Visoko učinkovita sorpcija, ki se uporablja pri sušenju, razogljičenju, razžveplanju plinov in tekočin ter ločevanjuaromatski ogljikovodik
13X	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Desikacija, razžveplanje in čiščenje naftnega in zemeljskega plina
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Razogljičenjein sušenje v industriji ločevanja zraka, ločevanje dušika od kisika v kisikovih koncentratorjih
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Sladkanje(odstranitevtioli) odletalsko gorivoin ustreznotekoči ogljikovodiki

Adsorpcijske sposobnosti

3Å

Približna kemijska formula: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3• 2 SiO2 • 9/2 H2O

Razmerje silicijev dioksid-aluminijev oksid: SiO2/Al2O3≈2

Proizvodnja

Molekularna sita 3A se proizvajajo s kationsko izmenjavokalijzanatrijv molekularnih sitih 4A (glej spodaj)

Uporaba

Molekularna sita 3Å ne adsorbirajo molekul, katerih premeri so večji od 3 Å. Značilnosti teh molekularnih sit vključujejo hitro adsorpcijsko hitrost, sposobnost pogoste regeneracije, dobro odpornost na drobljenje inodpornost proti onesnaževanju. Te lastnosti lahko izboljšajo učinkovitost in življenjsko dobo sita. Molekularna sita 3Å so nujno sušilno sredstvo v naftni in kemični industriji za rafiniranje nafte, polimerizacijo in kemično globinsko sušenje plin-tekočina.

Molekularna sita 3Å se uporabljajo za sušenje vrste materialov, kot je npretanol, zrak,hladilna sredstva,zemeljski plininnenasičenih ogljikovodikov. Slednje vključujejo kreking plin,acetilen,etilen,propileninbutadiena.

Molekularno sito 3Å se uporablja za odstranjevanje vode iz etanola, ki se lahko kasneje uporabi neposredno kot biogorivo ali posredno za proizvodnjo različnih izdelkov, kot so kemikalije, živila, zdravila in drugo. Ker običajna destilacija ne more odstraniti vse vode (neželenega stranskega produkta pri proizvodnji etanola) iz procesnih tokov etanola zaradi tvorbeazeotroppri približno 95,6-odstotni masni koncentraciji se kroglice molekularnega sita uporabljajo za ločevanje etanola in vode na molekularni ravni tako, da adsorbirajo vodo v kroglice in omogočijo, da etanol prosto prehaja. Ko so kroglice polne vode, je mogoče spreminjati temperaturo ali tlak, kar omogoča, da se voda sprosti iz kroglic molekularnega sita.[15]

Molekularna sita 3Å hranimo pri sobni temperaturi, z relativno vlažnostjo največ 90 %. Zaprti so pod znižanim pritiskom, zaščiteni pred vodo, kislinami in alkalijami.

4Å

Kemijska formula: Na2O•Al2O3•2SiO2•9/2H2O

Razmerje silicij-aluminij: 1:1 (SiO2/Al2O3≈2)

Proizvodnja

Proizvodnja sita 4Å je razmeroma enostavna, saj ne zahteva niti visokih tlakov niti posebej visokih temperatur. Običajno vodne raztopinenatrijev silikatinnatrijev aluminatse združita pri 80 °C. Izdelek, impregniran s topili, se "aktivira" s "pečenjem" pri 400 °C. Sita 4A služijo kot predhodnik sitom 3A in 5A skozikationska izmenjavaodnatrijzakalij(za 3A) ozkalcij(za 5A)

Uporaba

Topila za sušenje

Molekularna sita 4Å se pogosto uporabljajo za sušenje laboratorijskih topil. Lahko absorbirajo vodo in druge molekule s kritičnim premerom, manjšim od 4 Å, kot so NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 in C2H4. Široko se uporabljajo pri sušenju, rafiniranju in čiščenju tekočin in plinov (kot je priprava argona).

 

Dodatki za poliestrska sredstva [uredi]

Ta molekularna sita se uporabljajo kot pomoč pri detergentih, saj lahko proizvedejo demineralizirano vodokalcijionsko izmenjavo, odstranijo in preprečijo nalaganje umazanije. Pogosto se uporabljajo za zamenjavofosfor. Molekularno sito 4Å igra pomembno vlogo pri nadomeščanju natrijevega tripolifosfata kot pomožnega sredstva za detergent, da se ublaži vpliv detergenta na okolje. Lahko se uporablja tudi kotmilooblikovalno sredstvo in vzobna pasta.

Ravnanje s škodljivimi odpadki

Molekularna sita 4Å lahko očistijo odplake kationskih vrst, kot je npramonijioni, Pb2+, Cu2+, Zn2+ in Cd2+. Zaradi visoke selektivnosti za NH4+ so bili uspešno uporabljeni na terenu za bojevtrofikacijain drugi učinki v vodnih poteh zaradi čezmernih amonijevih ionov. Molekularna sita 4Å so bila uporabljena tudi za odstranjevanje ionov težkih kovin, prisotnih v vodi zaradi industrijskih dejavnosti.

Drugi nameni

Themetalurška industrija: ločilno sredstvo, separacija, ekstrakcija slanega kalija,rubidij,cezijitd.

petrokemična industrija,katalizator,sušilno sredstvo, adsorbent

Kmetijstvo:sredstvo za izboljšanje tal

Zdravilo: naložite srebrozeolitantibakterijsko sredstvo.

5Å

Kemijska formula: 0,7CaO•0,30Na2O•Al2O3•2,0SiO2 •4,5H2O

Razmerje silicijev dioksid-aluminijev oksid: SiO2/Al2O3≈2

Proizvodnja

Molekularna sita 5A se proizvajajo s kationsko izmenjavokalcijzanatrijv molekularnih sitih 4A (glej zgoraj)

Uporaba

Pet-ångström(5Å) molekularna sita se pogosto uporabljajo vnaftaindustriji, zlasti za čiščenje plinskih tokov in v kemijskem laboratoriju za ločevanjespojinein začetni materiali za reakcijo sušenja. Vsebujejo drobne pore natančne in enotne velikosti in se uporabljajo predvsem kot adsorbent za pline in tekočine.

Za sušenje se uporabljajo pet-ångströmova molekularna sitazemeljski plin, skupaj z nastopomrazžveplanjeindekarbonizacijaplina. Uporabljajo se lahko tudi za ločevanje mešanic kisika, dušika in vodika ter n-ogljikovodikov olja in voska od razvejanih in policikličnih ogljikovodikov.

Pet-ångströmova molekularna sita so shranjena pri sobni temperaturi, z arelativna vlažnostmanj kot 90 % v kartonskih sodih ali kartonski embalaži. Molekularna sita ne smejo biti neposredno izpostavljena zraku in vodi, kislinam in alkalijam se je treba izogibati.

Morfologija molekularnih sit

Molekularna sita so na voljo v različnih oblikah in velikostih. Toda kroglaste kroglice imajo prednost pred drugimi oblikami, saj nudijo nižji padec tlaka, so odporne na obrabo, ker nimajo ostrih robov, in imajo dobro trdnost, tj. zahtevana sila stiskanja na enoto površine je višja. Nekatera biserna molekularna sita ponujajo nižjo toplotno kapaciteto in s tem nižje potrebe po energiji med regeneracijo.

Druga prednost uporabe bisernih molekularnih sit je, da je nasipna gostota običajno večja kot pri drugih oblikah, zato je za enako adsorpcijsko zahtevo potreben volumen molekularnega sita manjši. Tako lahko pri odpravljanju ozkih grl uporabimo biserna molekularna sita, naložimo več adsorbenta v isti prostornini in se izognemo morebitnim modifikacijam posode.