En molekylsigte er et materiale med porer (meget små huller) af ensartet størrelse

En molekylsigte er et materiale med porer (meget små huller) af ensartet størrelse. Disse porediametre har samme størrelse som små molekylers, og derfor kan store molekyler ikke trænge ind i eller absorberes, mens mindre molekyler kan. Når en blanding af molekyler migrerer gennem det stationære leje af porøs, halvfast stof, der kaldes en sigte (eller matrix), forlader komponenterne med den højeste molekylvægt (som ikke kan passere ind i de molekylære porer) lejet først, efterfulgt af successivt mindre molekyler. Nogle molekylsigter bruges i størrelseseksklusionskromatografi, en separationsteknik, der sorterer molekyler baseret på deres størrelse. Andre molekylsigter bruges som tørremidler (nogle eksempler inkluderer aktivt kul og silicagel).
Porediameteren af ​​en molekylsigte måles i ångström (Å) eller nanometer (nm). Ifølge IUPAC-notationen har mikroporøse materialer porediametre på mindre end 2 nm (20 Å), og makroporøse materialer har porediametre på mere end 50 nm (500 Å); den mesoporøse kategori ligger således i midten med porediametre mellem 2 og 50 nm (20-500 Å).
Materialer
Molekylsigter kan være mikroporøse, mesoporøse eller makroporøse materialer.
Mikroporøst materiale (
●Zeolitter (aluminosilikatmineraler, ikke at forveksle med aluminiumsilikat)
●Zeolit ​​LTA: 3–4 Å
●Porøst glas: 10 Å (1 nm) og opefter
● Aktivt kul: 0–20 Å (0–2 nm) og opefter
●Ler
●Montmorillonitblandinger
● Halloysit (endellit): Der findes to almindelige former: Når leret hydreres, er afstanden mellem lagene 1 nm, og når det dehydreres (meta-halloysit) er afstanden 0,7 nm. Halloysit forekommer naturligt som små cylindre, der i gennemsnit har en diameter på 30 nm og en længde på mellem 0,5 og 10 mikrometer.
Mesoporøst materiale (2–50 nm)
Siliciumdioxid (bruges til at lave silicagel): 24 Å (2,4 nm)
Makroporøst materiale (>50 nm)
Makroporøs silica, 200–1000 Å (20–100 nm)
Applikationer[redigér]
Molekylsigter anvendes ofte i olieindustrien, især til tørring af gasstrømme. For eksempel skal vandindholdet i gassen i flydende naturgas (LNG)-industrien reduceres til mindre end 1 ppmv for at forhindre blokeringer forårsaget af is eller metanklatrat.
I laboratoriet bruges molekylsigter til at tørre opløsningsmidler. "Sigter" har vist sig at være bedre end traditionelle tørreteknikker, som ofte anvender aggressive tørremidler.
Under betegnelsen zeolitter anvendes molekylsigter til en bred vifte af katalytiske anvendelser. De katalyserer isomerisering, alkylering og epoxidering og anvendes i store industrielle processer, herunder hydrokrakning og fluidkatalytisk krakning.
De bruges også til filtrering af luftforsyninger til åndedrætsapparater, for eksempel dem, der bruges af dykkere og brandmænd. I sådanne anvendelser tilføres luften af ​​en luftkompressor og føres gennem et patronfilter, som, afhængigt af anvendelsen, er fyldt med molekylsi og/eller aktivt kul, og som til sidst bruges til at fylde åndedrætslufttanke. Sådan filtrering kan fjerne partikler og kompressorudstødningsprodukter fra åndedrætsluftforsyningen.
FDA-godkendelse.
Den amerikanske FDA har pr. 1. april 2012 godkendt natriumaluminosilikat til direkte kontakt med forbrugsvarer i henhold til 21 CFR 182.2727. Før denne godkendelse havde Den Europæiske Union brugt molekylsigter med lægemidler, og uafhængig testning tydede på, at molekylsigter opfylder alle regeringskrav, men industrien havde ikke været villig til at finansiere den dyre testning, der kræves for regeringsgodkendelse.
Regenerering
Metoder til regenerering af molekylsigter omfatter trykændring (som i iltkoncentratorer), opvarmning og rensning med en bæregas (som ved dehydrering af ethanol) eller opvarmning under højt vakuum. Regenereringstemperaturer varierer fra 175 °C (350 °F) til 315 °C (600 °F) afhængigt af typen af ​​molekylsigte. I modsætning hertil kan silicagel regenereres ved at opvarme den i en almindelig ovn til 120 °C (250 °F) i to timer. Nogle typer silicagel vil dog "poppe", når de udsættes for tilstrækkeligt vand. Dette skyldes brud på silicakuglerne, når de kommer i kontakt med vandet.

Model	Porediameter (Ångstrøm)	Bulkdensitet (g/ml)	Adsorberet vand (% vægt/vægt)	Slid eller slid, W(% vægt/vægt)	Brug
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Udtørringafpetroleumskrakninggas og alkener, selektiv adsorption af H2O iisoleret glas (IG)og polyurethan, tørring afethanolbrændstoftil blanding med benzin.
4Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Adsorption af vand inatriumaluminosilicatsom er FDA-godkendt (seunder) bruges som molekylsigte i medicinske beholdere for at holde indholdet tørt ogfødevaretilsætningsstofhaveE-nummerE-554 (antiklumpningsmiddel); Foretrukket til statisk dehydrering i lukkede væske- eller gassystemer, f.eks. i emballage af lægemidler, elektriske komponenter og letfordærvelige kemikalier; vandfjerner i tryk- og plastsystemer og tørring af mættede kulbrintestrømme. Adsorberede stoffer omfatter SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 og C3H6. Generelt betragtet som et universelt tørremiddel i polære og ikke-polære medier;[12]adskillelse afnaturgasogalkener, adsorption af vand i ikke-nitrogenfølsommepolyurethan
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Affedtning og flydepunktsnedsættelse afluftfart petroleumogdieselog alkenseparation
5Å lille iltberiget	5	0,4–0,8	≥23		Specielt designet til medicinsk eller sundhedsmæssig iltgeneratorkildehenvisning nødvendig]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Udtørring og rensning af luft;dehydreringogafsvovlingaf naturgas ogflydende petroleumgas;iltogbrintproduktion aftrykudsvingningsadsorptionbehandle
10 gange	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Højeffektiv sorption, anvendt til udtørring, afkulning, afsvovling af gas og væsker samt separation afaromatisk kulbrinte
13X	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Tørring, afsvovling og rensning af petroleumgas og naturgas
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Afkulningog udtørring i luftseparationsindustrien, separation af nitrogen fra ilt i iltkoncentratorer
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Sødning(fjernelse afthioler) afflybrændstofog tilsvarendeflydende kulbrinter

Adsorptionsevner

3Å

Omtrentlig kemisk formel: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3 • 2 SiO2 • 9/2 H2O

Silica-alumina-forhold: SiO2/Al2O3≈2

Produktion

3A molekylsigter produceres ved kationbytning afkaliumfornatriumi 4A molekylsigter (se nedenfor)

Brug

3 Å molekylsigter adsorberer ikke molekyler, hvis diametre er større end 3 Å. Disse molekylsigters egenskaber omfatter hurtig adsorptionshastighed, hyppig regenereringsevne, god knusningsmodstand ogforureningsmodstandDisse funktioner kan forbedre både sigtens effektivitet og levetid. 3 Å molekylsigter er det nødvendige tørremiddel i olie- og kemisk industri til raffinering af olie, polymerisering og kemisk dybdetørring af gas-væske.

3Å molekylsigter bruges til at tørre en række materialer, såsomethanol, luft,kølemidler,naturgasogumættede kulbrinterSidstnævnte omfatter krakningsgas,acetylen,ethylen,propylenogbutadien.

En 3Å molekylsigte bruges til at fjerne vand fra ethanol, som senere kan bruges direkte som biobrændstof eller indirekte til at producere forskellige produkter såsom kemikalier, fødevarer, lægemidler og mere. Da normal destillation ikke kan fjerne alt vandet (et uønsket biprodukt fra ethanolproduktion) fra ethanolprocesstrømmene på grund af dannelsen af ​​en ...azeotropMed en koncentration på omkring 95,6 vægtprocent bruges molekylsigteperler til at adskille ethanol og vand på molekylært niveau ved at adsorbere vandet i perlerne og lade ethanolen passere frit. Når perlerne er fyldt med vand, kan temperaturen eller trykket manipuleres, så vandet kan frigives fra molekylsigteperlerne.[15]

3 Å molekylsigter opbevares ved stuetemperatur med en relativ luftfugtighed på højst 90 %. De er forseglet under reduceret tryk og holdes væk fra vand, syrer og baser.

4Å

Kemisk formel: Na2O•Al2O3•2SiO2•9/2H2O

Silicium-aluminium-forhold: 1:1 (SiO2/Al2O3≈2)

Produktion

Produktionen af ​​en 4Å-sigte er relativt ligetil, da den hverken kræver højt tryk eller særligt høje temperaturer. Typisk vandige opløsninger afnatriumsilikatognatriumaluminatkombineres ved 80 °C. Det opløsningsmiddelimprægnerede produkt "aktiveres" ved "bagning" ved 400 °C. 4A-sigter fungerer som forløber for 3A- og 5A-sigter gennemkationbytningafnatriumforkalium(for 3A) ellerkalcium(for 5A)

Brug

Tørrende opløsningsmidler

4 Å molekylsigter bruges i vid udstrækning til at tørre laboratorieopløsningsmidler. De kan absorbere vand og andre molekyler med en kritisk diameter på mindre end 4 Å, såsom NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 og C2H4. De bruges i vid udstrækning til tørring, raffinering og rensning af væsker og gasser (såsom fremstilling af argon).

 

Polyester-tilsætningsstofferredigere]

Disse molekylsigter bruges til at assistere vaskemidler, da de kan producere demineraliseret vand gennemkalciumionbytning, fjerne og forhindre aflejring af snavs. De bruges i vid udstrækning til at erstattefosfor4Å molekylsigten spiller en vigtig rolle i at erstatte natriumtripolyfosfat som vaskemiddelhjælpemiddel for at mindske miljøpåvirkningen fra vaskemidlet. Den kan også bruges som ensæbeformningsmiddel og itandpasta.

Behandling af skadeligt affald

4Å molekylsigter kan rense spildevand for kationiske forbindelser såsomammoniumioner, Pb2+, Cu2+, Zn2+ og Cd2+. På grund af den høje selektivitet for NH4+ er de blevet anvendt med succes i felten til at bekæmpeeutrofieringog andre effekter i vandveje på grund af for store mængder ammoniumioner. 4 Å molekylsigter er også blevet brugt til at fjerne tungmetalioner, der findes i vand på grund af industrielle aktiviteter.

Andre formål

Demetallurgisk industri: separationsmiddel, separation, ekstraktion af saltlage kalium,rubidium,cæsiumosv.

Petrokemisk industri,katalysator,tørremiddel, adsorbent

Landbrug:jordforbedringsmiddel

Medicin: fyld sølvzeolitantibakterielt middel.

5Å

Kemisk formel: 0,7CaO•0,30Na2O•Al2O3•2,0SiO2•4,5H2O

Silica-alumina-forhold: SiO2/Al2O3≈2

Produktion

5A molekylsigter produceres ved kationbytning afkalciumfornatriumi 4A molekylsigter (se ovenfor)

Brug

Fem-Ångstrøm(5Å) molekylsigter anvendes ofte iolieindustrien, især til rensning af gasstrømme og i kemilaboratoriet til separationforbindelserog udgangsmaterialer til tørring af reaktioner. De indeholder små porer af en præcis og ensartet størrelse og anvendes hovedsageligt som adsorbent til gasser og væsker.

Fem-ångström molekylsigter bruges til at tørrenaturgas, sammen med at optrædeafsvovlingogdekarboniseringaf gassen. De kan også bruges til at adskille blandinger af ilt, nitrogen og hydrogen samt olie-voks n-kulbrinter fra forgrenede og polycykliske kulbrinter.

Fem-ångström molekylsigter opbevares ved stuetemperatur med enrelativ luftfugtighedmindre end 90% i paptønder eller kartonemballage. Molekylsigterne bør ikke udsættes direkte for luft og vand, syrer og baser bør undgås.

Morfologi af molekylsigter

Molekylsigter fås i forskellige former og størrelser. Men de sfæriske perler har fordele i forhold til andre former, da de tilbyder lavere tryktab, er slidstærke, da de ikke har skarpe kanter, og har god styrke, dvs. den nødvendige knusningskraft pr. arealenhed er højere. Visse molekylsigter med perler tilbyder lavere varmekapacitet og dermed lavere energibehov under regenerering.

Den anden fordel ved at bruge perleformede molekylsigter er, at deres bulkdensitet normalt er højere end hos andre former, så for samme adsorptionskrav er det nødvendige volumen af ​​molekylsigten mindre. Når man fjerner flaskehalse, kan man bruge perleformede molekylsigter, fylde mere adsorbent i samme volumen og undgå ændringer i beholderen.