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 svarer i størrelse til små molekyler, og dermed kan store molekyler ikke trænge ind eller adsorberes, mens mindre molekyler kan. Når en blanding af molekyler migrerer gennem det stationære leje af porøst, halvfast stof, kaldet en sigte (eller matrix), forlader komponenterne med den højeste molekylvægt (som ikke er i stand til at passere ind i de molekylære porer) lejet først, efterfulgt af successivt mindre molekyler. Nogle molekylsigter bruges i størrelsesudelukkelseskromatografi, en separationsteknik, der sorterer molekyler baseret på deres størrelse. Andre molekylsigter bruges som tørremidler (nogle eksempler omfatter aktivt kul og silicagel).
Porediameteren af ​​en molekylsigte måles i ångströms (Å) eller nanometer (nm). Ifølge IUPAC-notation 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 mikroporøst, mesoporøst eller makroporøst materiale.
Mikroporøst materiale (
●Zeolitter (aluminiumsilikatmineraler, ikke at forveksle med aluminiumsilicat)
●Zeolit ​​LTA: 3–4 Å
●Porøst glas: 10 Å (1 nm) og opefter
●Aktivt kulstof: 0–20 Å (0–2 nm) og opefter
●Ler
●Montmorillonit-blandinger
●Halloysit (endelit): To almindelige former findes, når leret er hydreret, udviser leret en 1 nm afstand af lagene, og når det er dehydreret (meta-halloysit) er afstanden 0,7 nm. Halloysit forekommer naturligt som små cylindre med en gennemsnitlig diameter på 30 nm med længder mellem 0,5 og 10 mikrometer.
Mesoporøst materiale (2-50 nm)
Siliciumdioxid (bruges til fremstilling af silicagel): 24 Å (2,4 nm)
Makroporøst materiale (>50 nm)
Makroporøst silica, 200-1000 Å (20-100 nm)
Ansøgninger[redigér]
Molekylærsigter anvendes ofte i olieindustrien, især til tørring af gasstrømme. For eksempel i industrien for flydende naturgas (LNG) skal vandindholdet i gassen reduceres til mindre end 1 ppmv for at forhindre blokeringer forårsaget af is eller methanklatrat.
I laboratoriet bruges molekylsigter til at tørre opløsningsmiddel. "Si" har vist sig at være overlegne i forhold til traditionelle tørreteknikker, som ofte anvender aggressive tørremidler.
Under betegnelsen zeolitter bruges molekylsigter til en lang række katalytiske anvendelser. De katalyserer isomerisering, alkylering og epoxidering og bruges i storskala industrielle processer, herunder hydrokrakning og flydende katalytisk krakning.
De bruges også til filtrering af luftforsyninger til åndedrætsapparater, for eksempel dem, der bruges af dykkere og brandmænd. I sådanne applikationer tilføres luften af ​​en luftkompressor og ledes gennem et patronfilter, som afhængigt af applikationen er fyldt med molekylsigte og/eller aktivt kul, og til sidst bruges til at oplade åndedrætsbeholdere. En sådan filtrering kan fjerne partikler og kompressorudstødningsprodukter fra indåndingsluftforsyningen.
FDA godkendelse.
Den amerikanske FDA har pr. 1. april 2012 godkendt natriumaluminosilikat til direkte kontakt med forbrugsvarer under 21 CFR 182.2727. Forud for denne godkendelse havde EU brugt molekylsigter med lægemidler og uafhængige tests antydede, at molekylsigter opfylder alle myndigheders krav, men industrien havde ikke været villig til at finansiere de dyre tests, der krævedes for at få regeringens godkendelse.
Regenerering
Fremgangsmåder til regenerering af molekylsigter omfatter trykændring (som i oxygenkoncentratorer), opvarmning og udrensning med en bæregas (som ved ethanoldehydrering) eller opvarmning under højvakuum. Regenereringstemperaturer varierer fra 175 °C (350 °F) til 315 °C (600 °F) afhængigt af molekylsigtetype. 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 "pop", når de udsættes for nok vand. Dette er forårsaget af brud på silicakuglerne, når de kommer i kontakt med vandet.

Model	Pore ​​diameter (Ångström)	Bulkdensitet (g/ml)	Adsorberet vand (% vægt/vægt)	Nedslidning eller slid, W(% vægt/vægt)	Brug
3Å	3	0,60-0,68	19-20	0,3-0,6	Udtørringafråoliekrakninggas og alkener, selektiv adsorption af H2O iisoleret glas (IG)og polyurethan, tørring afethanol brændstoftil blanding med benzin.
4Å	4	0,60-0,65	20-21	0,3-0,6	Adsorption af vand inatriumaluminatsilicatsom er godkendt af FDA (seunder) bruges som molekylsigte i medicinske beholdere for at holde indholdet tørt og somfødevaretilsætningsstofhaveE-nummerE-554 (anti-sammenklumpningsmiddel); Foretrukken til statisk dehydrering i lukkede væske- eller gassystemer, f.eks. i emballering af lægemidler, elektriske komponenter og letfordærvelige kemikalier; vandopsamling i tryk- og plastsystemer og tørring af mættede kulbrintestrømme. Adsorberede arter 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 flydepunktssænkning afluftfart petroleumogdieselog alkenseparation
5Å lille iltberiget	5	0,4-0,8	≥23		Specielt designet til medicinsk eller sund iltgenerator[citat nødvendig]
5Å	5	0,60-0,65	20-21	0,3-0,5	Udtørring og rensning af luft;dehydreringogafsvovlingaf naturgas ogflydende petroleumsgas;iltogbrintproduktion aftryksvingningsadsorptionbehandle
10X	8	0,50-0,60	23-24	0,3-0,6	Højeffektiv sorption, brugt til udtørring, afkulning, afsvovling af gas og væsker og separation afaromatisk kulbrinte
13X	10	0,55-0,65	23-24	0,3-0,5	Udtørring, afsvovling og rensning af petroleumsgas og naturgas
13X-AS	10	0,55-0,65	23-24	0,3-0,5	Afkulningog udtørring i luftseparationsindustrien, separation af nitrogen fra oxygen i oxygenkoncentratorer
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-aluminiumoxid-forhold: SiO2/Al2O3≈2

Produktion

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

Brug

3Å molekylsigter adsorberer ikke molekyler, hvis diametre er større end 3 Å. Karakteristikaene ved disse molekylsigter inkluderer hurtig adsorptionshastighed, hyppig regenereringsevne, god knusningsmodstand ogmodstand mod forurening. Disse funktioner kan forbedre både effektiviteten og levetiden for sien. 3Å molekylsigter er det nødvendige tørremiddel i olie- og kemiske industrier til raffinering af olie, polymerisation og kemisk gas-væske dybdetørring.

3Å molekylsigter bruges til at tørre en række materialer, som f.eksethanol, luft,kølemidler,naturgasogumættede kulbrinter. Sidstnævnte omfatter krakningsgas,acetylen,ethylen,propylenogbutadien.

3Å molekylsigte bruges til at fjerne vand fra ethanol, som senere kan bruges direkte som biobrændstof eller indirekte til fremstilling af forskellige produkter såsom kemikalier, fødevarer, lægemidler og mere. Da normal destillation ikke kan fjerne alt vandet (et uønsket biprodukt fra ethanolproduktion) fra ethanolprocesstrømme på grund af dannelsen af ​​enazeotropved 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 fulde af vand, kan temperaturen eller trykket manipuleres, så vandet kan frigives fra molekylsigteperlerne.[15]

3Å molekylsigter opbevares ved stuetemperatur, med en relativ luftfugtighed på ikke over 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

Fremstilling af 4Å sigte er relativt ligetil, da det hverken kræver høje tryk eller særlig høje temperaturer. Typisk vandige opløsninger afnatriumsilikatognatriumaluminatkombineres ved 80 °C. Det opløsningsmiddelimprægnerede produkt "aktiveres" ved "bagning" ved 400 °C 4A-sigter tjener som forløber for 3A- og 5A-sigter gennemkationbytningafnatriumforkalium(for 3A) ellerkalcium(til 5A)

Brug

Tørring af opløsningsmidler

4Å 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).

 

Polyestermiddeltilsætningsstoffer[redigere]

Disse molekylsigter bruges til at hjælpe rengøringsmidler, da de kan producere demineraliseret vand igennemkalciumionbytning, fjerne og forhindre aflejring af snavs. De er meget brugt til at erstattefosfor. 4Å molekylsigten spiller en stor rolle for at erstatte natriumtripolyphosphat som detergenthjælpemiddel for at afbøde vaskemidlets miljøpåvirkning. Den kan også bruges som ensæbeformemiddel og itandpasta.

Behandling af skadelig affald

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

Andre formål

Demetallurgisk industri: separationsmiddel, separation, ekstraktion af saltlagekalium,rubidium,cæsiumosv.

Petrokemisk industri,katalysator,tørremiddeladsorbent

Landbrug:jordforbedringsmiddel

Medicin: læs sølvzeolitantibakterielt middel.

5Å

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

Silica-aluminiumoxid-forhold: SiO2/Al2O3≈2

Produktion

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

Brug

Fem-ångström(5Å) molekylsigter anvendes ofte ipetroleumindustri, især til rensning af gasstrømme og i kemi-laboratoriet til adskillelseforbindelserog tørring af reaktionsudgangsmaterialer. De indeholder bittesmå porer af en præcis og ensartet størrelse og bruges hovedsageligt som adsorbent til gasser og væsker.

Fem-ångström molekylsigter bruges til at tørrenaturgas, sammen med at optrædeafsvovlingogdekarboneringaf gassen. De kan også bruges til at adskille blandinger af oxygen, nitrogen og brint og olie-voks-n-carbonhydrider 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 en fordel i forhold til andre former, da de giver lavere tryktab, er slidbestandige, da de ikke har nogen skarpe kanter, og har god styrke, dvs. den krævede trykkraft pr. arealenhed er højere. Visse perleformede molekylsigter tilbyder lavere varmekapacitet og dermed lavere energibehov under regenerering.

Den anden fordel ved at bruge perleformede molekylsigter er, at bulkdensiteten sædvanligvis er højere end andre former, så det krævede molekylære sigtevolumen er mindre for samme adsorptionskrav. Under fjernelse af flaskehalse kan man således bruge perleformede molekylsigter, fylde mere adsorbent i samme volumen og undgå enhver karmodifikation.