Molekulární síto je materiál s póry (velmi malými otvory) jednotné velikosti

Molekulární síto je materiál s póry (velmi malými otvory) jednotné velikosti. Tyto průměry pórů jsou podobné velikosti jako malé molekuly, a proto velké molekuly nemohou vstoupit nebo být adsorbovány, zatímco menší molekuly ano. Jak směs molekul migruje přes stacionární lože porézní, polotuhé látky označované jako síto (nebo matrice), složky s nejvyšší molekulovou hmotností (které nejsou schopny projít do molekulárních pórů) opouštějí lože jako první, následované postupně menšími molekulami. Některá molekulární síta se používají při vylučovací chromatografii, separační technice, která třídí molekuly na základě jejich velikosti. Jiná molekulová síta se používají jako vysoušedla (některé příklady zahrnují aktivní uhlí a silikagel).
Průměr pórů molekulárního síta se měří v ångströmech (Å) nebo nanometrech (nm). Podle notace IUPAC mají mikroporézní materiály průměry pórů menší než 2 nm (20 Á) a makroporézní materiály mají průměry pórů větší než 50 nm (500 Á); mezoporézní kategorie tak leží uprostřed s průměry pórů mezi 2 a 50 nm (20–500 Å).
Materiály
Molekulární síta mohou být mikroporézní, mezoporézní nebo makroporézní materiál.
Mikroporézní materiál (
●Zeolity (hlinitosilikátové minerály, nezaměňovat s křemičitanem hlinitým)
●Zeolit ​​LTA: 3–4 Å
●Pórovité sklo: 10 Å (1 nm) a více
●Aktivní uhlí: 0–20 Å (0–2 nm) a více
●Jíly
●Montmorillonit promíchává
●Halloysit (endellit): Nalézají se dvě běžné formy, při hydrataci má jíl mezi vrstvami vzdálenost 1 nm a při dehydrataci (metahaloysit) je rozestup 0,7 nm. Halloysit se přirozeně vyskytuje jako malé válečky o průměru 30 nm s délkou mezi 0,5 a 10 mikrometry.
Mezoporézní materiál (2–50 nm)
Oxid křemičitý (používá se k výrobě silikagelu): 24 Å (2,4 nm)
Makroporézní materiál (>50 nm)
Makroporézní oxid křemičitý, 200–1000 Å (20–100 nm)
Aplikace[editovat]
Molekulární síta se často používají v ropném průmyslu, zejména pro sušení proudů plynů. Například v průmyslu zkapalněného zemního plynu (LNG) musí být obsah vody v plynu snížen na méně než 1 ppmv, aby se zabránilo ucpání způsobeném ledem nebo metanovým klatrátem.
V laboratoři se k sušení rozpouštědla používají molekulová síta. Ukázalo se, že "síta" jsou lepší než tradiční sušící techniky, které často používají agresivní vysoušedla.
Pod pojmem zeolity se molekulová síta používají pro širokou škálu katalytických aplikací. Katalyzují izomeraci, alkylaci a epoxidaci a používají se v průmyslových procesech ve velkém měřítku, včetně hydrokrakování a fluidního katalytického krakování.
Používají se také při filtraci přívodů vzduchu do dýchacích přístrojů, například těch, které používají potápěči a hasiči. V takových aplikacích je vzduch dodáván vzduchovým kompresorem a prochází kazetovým filtrem, který je v závislosti na aplikaci naplněn molekulárním sítem a/nebo aktivním uhlím a nakonec se používá k plnění vzduchových nádrží pro dýchání. Taková filtrace může odstranit částice a výfukové produkty kompresoru z přívodu dýchacího vzduchu.
Schválení FDA.
Americká FDA schválila od 1. dubna 2012 hlinitokřemičitan sodný pro přímý kontakt se spotřebním zbožím podle 21 CFR 182.2727. Před tímto schválením Evropská unie používala molekulární síta s léčivy a nezávislé testování naznačovalo, že molekulární síta splňují všechny vládní požadavky, ale průmysl nebyl ochoten financovat drahé testování požadované pro vládní schválení.
Regenerace
Metody regenerace molekulárních sít zahrnují změnu tlaku (jako v kyslíkových koncentrátorech), zahřívání a proplachování nosným plynem (jako když se používá při dehydrataci ethanolu) nebo zahřívání ve vysokém vakuu. Teploty regenerace se pohybují od 175 °C (350 °F) do 315 °C (600 °F) v závislosti na typu molekulového síta. Naproti tomu silikagel lze regenerovat zahřátím v běžné peci na 120 °C (250 °F) po dobu dvou hodin. Některé typy silikagelu však „praskají“, když jsou vystaveny dostatečnému množství vody. To je způsobeno rozbitím kuliček oxidu křemičitého při kontaktu s vodou.

Model	Průměr pórů (Ångström)	Sypná hustota (g/ml)	Adsorbovaná voda (% w/w)	Opotřebení nebo otěr, W(% w/w)	Používání
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Vysušenízkrakování ropyplynu a alkenů, selektivní adsorpce H2O vizolační sklo (IG)a polyuretan, sušení zetanolové palivopro smíchání s benzínem.
4Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Adsorpce vody vhlinitokřemičitan sodnýkterý je schválen FDA (vizníže) používá se jako molekulární síto v lékařských nádobách k udržení obsahu v suchu a jakopotravinářská přísadamítE-čísloE-554 (protispékavá látka); Upřednostňuje se pro statickou dehydrataci v uzavřených kapalinových nebo plynových systémech, např. při balení léků, elektrických součástek a chemikálií podléhajících zkáze; zachycování vody v tiskařských a plastových systémech a sušení nasycených uhlovodíkových proudů. Adsorbované druhy zahrnují SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 a C3H6. Obecně považován za univerzální vysoušedlo v polárních a nepolárních médiích;[12]oddělení odzemní plynaalkeny, adsorpce vody v necitlivých na dusíkpolyuretan
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Odmaštění a snížení bodu tuhnutíletectví petrolejadiesela separace alkenů
5Å malý kyslíkem obohacený	5	0,4–0,8	≥23		Speciálně navrženo pro lékařský nebo zdravý generátor kyslíku[nutná citace]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Vysoušení a čištění vzduchu;dehydrataceaodsířenízemního plynu akapalný ropný plyn;kyslíkavodíkvýroba podleadsorpce při kolísání tlakuproces
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Vysoce účinná sorpce, používaná při vysoušení, oduhličování, odsiřování plynů a kapalin a separaciaromatický uhlovodík
13X	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Vysoušení, odsíření a čištění ropných plynů a zemního plynu
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Dekarbonizacea vysoušení v průmyslu separace vzduchu, separace dusíku od kyslíku v koncentrátorech kyslíku
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Slazení(odstraněníthioly) zletecké palivoa odpovídajícíkapalné uhlovodíky

Adsorpční schopnosti

3Å

Přibližný chemický vzorec: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3• 2 SiO2 • 9/2 H2O

Poměr silika-oxid hlinitý: SiO2/ Al2O3≈2

Výroba

3A molekulová síta se vyrábějí výměnou kationtůdraslíkprosodíkv molekulárních sítech 4A (viz níže)

Používání

3Á molekulová síta neadsorbují molekuly, jejichž průměry jsou větší než 3 Á. Mezi vlastnosti těchto molekulových sít patří vysoká rychlost adsorpce, častá regenerační schopnost, dobrá odolnost proti drcení aodolnost proti znečištění. Tyto vlastnosti mohou zlepšit jak účinnost, tak životnost síta. 3Å molekulová síta jsou nezbytným vysoušedlem v ropném a chemickém průmyslu pro rafinaci ropy, polymeraci a chemické hloubkové sušení plyn-kapalina.

3Å molekulová síta se používají k sušení řady materiálů, jako napřethanol, vzduch,chladiva,zemní plynanenasycené uhlovodíky. Mezi poslední patří krakovací plyn,acetylén,ethylen,propylenabutadien.

Molekulární síto 3Å se používá k odstranění vody z etanolu, který lze později použít přímo jako biopalivo nebo nepřímo k výrobě různých produktů, jako jsou chemikálie, potraviny, léčiva a další. Protože normální destilace nemůže odstranit veškerou vodu (nežádoucí vedlejší produkt při výrobě ethanolu) z procesních proudů ethanolu v důsledku tvorbyazeotropv koncentraci přibližně 95,6 hmotnostních procent se kuličky molekulárního síta používají k oddělení ethanolu a vody na molekulární úrovni adsorbováním vody do kuliček a umožněním volného průchodu ethanolu. Jakmile jsou kuličky plné vody, lze manipulovat s teplotou nebo tlakem, což umožňuje uvolnění vody z kuliček molekulárního síta.[15]

3Å molekulová síta jsou skladována při pokojové teplotě, s relativní vlhkostí nejvýše 90 %. Jsou utěsněny za sníženého tlaku a jsou chráněny před vodou, kyselinami a zásadami.

4Å

Chemický vzorec: Na2O•Al2O3•2SiO2•9/2H2O

Poměr křemík-hliník: 1:1 (SiO2/Al2O3≈2)

Výroba

Výroba 4Å síta je relativně jednoduchá, protože nevyžaduje ani vysoké tlaky, ani zvlášť vysoké teploty. Typicky vodné roztokykřemičitan sodnýahlinitan sodnýse spojí při 80 °C. Produkt impregnovaný rozpouštědlem je „aktivován“ „pečením“ při 400 °C. Síta 4A slouží jako prekurzor pro síta 3A a 5A přeskationtová výměnazsodíkprodraslík(pro 3A) popřvápník(pro 5A)

Používání

Sušící rozpouštědla

4Å molekulová síta se široce používají k sušení laboratorních rozpouštědel. Mohou absorbovat vodu a další molekuly s kritickým průměrem menším než 4 Á, jako je NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 a C2H4. Jsou široce používány při sušení, rafinaci a čištění kapalin a plynů (např. při přípravě argonu).

 

Polyesterové přísady[upravit]

Tato molekulární síta se používají k podpoře detergentů, protože mohou produkovat demineralizovanou voduvápníkiontová výměna, odstraňují a zabraňují usazování nečistot. Jsou široce používány k nahrazenífosfor. Molekulární síto 4Á hraje hlavní roli při nahrazení tripolyfosfátu sodného jako pomocného detergentu, aby se zmírnil dopad detergentu na životní prostředí. Může být také použit jako amýdloformovací činidlo a inzubní pasta.

Zpracování škodlivého odpadu

4Á molekulová síta mohou čistit odpadní vody od kationtových látek, jako jsou napřamoniumionty, Pb2+, Cu2+, Zn2+ a Cd2+. Vzhledem k vysoké selektivitě pro NH4+ byly úspěšně použity v boji v terénueutrofizacea další účinky ve vodních cestách v důsledku nadměrného množství amonných iontů. Molekulová síta 4Å byla také použita k odstranění iontů těžkých kovů přítomných ve vodě v důsledku průmyslové činnosti.

Jiné účely

Thehutnický průmysl: separační činidlo, separace, extrakce solanky draslíku,rubidium,cesiumatd.

petrochemický průmysl,katalyzátor,vysoušedlo, adsorbent

Zemědělství:půdní kondicionér

Medicína: nalož stříbrozeolitantibakteriální činidlo.

5Å

Chemický vzorec: 0,7CaO•0,30Na2O•Al2O3•2,0SiO2•4,5H2O

Poměr silika-oxid hlinitý: SiO2/ Al2O3≈2

Výroba

5A molekulová síta se vyrábějí výměnou kationtůvápníkprosodíkv molekulárních sítech 4A (viz výše)

Používání

Pět-ångström(5Á) molekulová síta se často používají vropaprůmyslu, zejména pro čištění proudů plynů a v chemické laboratoři pro separacisloučeninya sušení výchozích reakčních materiálů. Obsahují drobné póry přesné a jednotné velikosti a používají se hlavně jako adsorbent pro plyny a kapaliny.

K sušení se používají pěti-ångströmová molekulární sítazemní plynspolu s vystupovánímodsířeníadekarbonizaceplynu. Mohou být také použity k oddělení směsí kyslíku, dusíku a vodíku a n-uhlovodíků olej-vosk od rozvětvených a polycyklických uhlovodíků.

Pěti-ångströmová molekulární síta se skladují při pokojové teplotě s arelativní vlhkostméně než 90 % v kartonových sudech nebo kartonových obalech. Molekulární síta by neměla být přímo vystavena vzduchu a vodě, kyselinám a zásadám.

Morfologie molekulových sít

Molekulární síta jsou k dispozici v různých tvarech a velikostech. Ale kulovité kuličky mají výhodu oproti jiným tvarům, protože nabízejí nižší tlakovou ztrátu, jsou odolné proti otěru, protože nemají žádné ostré hrany, a mají dobrou pevnost, tj. tlaková síla požadovaná na jednotku plochy je vyšší. Některá kuličková molekulární síta nabízejí nižší tepelnou kapacitu a tím nižší energetické nároky během regenerace.

Další výhodou použití kuličkových molekulových sít je, že objemová hustota je obvykle vyšší než u jiných tvarů, takže pro stejný požadavek na adsorpci je požadovaný objem molekulového síta menší. Při odstraňování zúžení lze tedy použít kuličková molekulární síta, nanést více adsorbentu ve stejném objemu a vyhnout se jakýmkoli úpravám nádoby.