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

Molekulární síto je materiál s póry (velmi malými otvory) jednotné velikosti. Průměry těchto pórů jsou co do velikosti podobné malým molekulám, a proto velké molekuly nemohou vstoupit dovnitř ani 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 nemohou projít do molekulárních pórů) opouštějí lože nejprve, následované postupně menšími molekulami. Některá molekulová síta se používají v chromatografii s vylučováním podle velikosti, což je separační technika, 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 Å (Å) nebo nanometrech (nm). Podle notace IUPAC mají mikroporézní materiály průměr pórů menší než 2 nm (20 Å) a makroporézní materiály mají průměr pórů větší než 50 nm (500 Å); mezoporézní materiály se tedy nacházejí uprostřed s průměry pórů mezi 2 a 50 nm (20–500 Å).
Materiály
Molekulární síta mohou být z mikroporézního, mezoporézního nebo makroporézního materiálu.
Mikroporézní materiál (
●Zeolity (hlinitokřemičitanové minerály, nezaměňovat s křemičitanem hlinitým)
●LTA zeolitu: 3–4 Å
●Porézní sklo: 10 Å (1 nm) a více
● Aktivní uhlí: 0–20 Å (0–2 nm) a více
●Jíly
●Směsi montmorillonitu
●Halloysit (endellit): Vyskytují se dvě běžné formy. Hydratovaný jíl vykazuje rozteč vrstev 1 nm a dehydratovaný (meta-halloysit) rozteč je 0,7 nm. Halloysit se přirozeně vyskytuje jako malé válce o průměru 30 nm a délce mezi 0,5 a 10 mikrometry.
Mezoporézní materiál (2–50 nm)
Oxid křemičitý (používaný 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 k sušení plynných proudů. Například v průmyslu zkapalněného zemního plynu (LNG) je třeba obsah vody v plynu snížit na méně než 1 ppmv, aby se zabránilo ucpávání způsobenému ledem nebo klatrátem metanu.
V laboratoři se molekulární síta používají k sušení rozpouštědel. „Síta“ se ukázala jako lepší než tradiční sušicí techniky, které často používají agresivní vysoušedla.
Pod pojmem zeolity se molekulární síta používají pro širokou škálu katalytických aplikací. Katalyzují izomerizaci, alkylaci a epoxidaci a používají se ve velkých průmyslových procesech, včetně hydrokrakování a fluidního katalytického krakování.
Používají se také k filtraci vzduchu pro dýchací přístroje, například pro potápěče a hasiče. V takových aplikacích je vzduch dodáván vzduchovým kompresorem a prochází přes patronový filtr, který je v závislosti na aplikaci naplněn molekulárním sítem a/nebo aktivním uhlím a nakonec se používá k plnění dýchacích lahví s vzduchem. Taková filtrace může odstranit částice a produkty výfukových plynů kompresoru z dýchacího vzduchu.
Schválení FDA.
Americký úřad FDA schválil k 1. dubnu 2012 hlinitokřemičitan sodný pro přímý kontakt se spotřebním zbožím podle normy 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 potřebné pro vládní schválení.
Regenerace
Metody regenerace molekulárních sít zahrnují změnu tlaku (jako v koncentrátorech kyslíku), zahřívání a proplachování nosným plynem (jako při dehydrataci ethanolu) nebo zahřívání ve vysokém vakuu. Regenerační teploty se pohybují od 175 °C do 315 °C v závislosti na typu molekulárního síta. Naproti tomu silikagel lze regenerovat zahříváním v běžné peci na 120 °C po dobu dvou hodin. Některé typy silikagelu však při vystavení dostatečnému množství vody „praskají“. To je způsobeno rozbitím silikagelových kuliček při kontaktu s vodou.

Model	Průměr pórů (Ångström)	Objemová hustota (g/ml)	Adsorbovaná voda (% h/h)	Oděr nebo oděr, W(% h/h)	Používání
3 Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Vysychánízkrakování ropyplyn a alkeny, selektivní adsorpce H2O vizolační sklo (IG)a polyuretanu, sušeníetanolové palivopro míchání s benzínem.
4 Å	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 (protihrudkující činidlo); Vhodný pro statickou dehydrataci v uzavřených kapalných nebo plynných systémech, např. při balení léčiv, elektrických součástek a chemikálií podléhajících rychlé zkáze; pro zachycování vody v tiskařských a plastových systémech a pro sušení nasycených uhlovodíkových proudů. Mezi adsorbované látky patří SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 a C3H6. Obecně považován za univerzální sušicí činidlo v polárních i nepolárních médiích;[12]oddělenízemní plynaalkenyadsorpce vody v látkách necitlivých na dusíkpolyuretan
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Odmašťování a snižování bodu tuhnutíletectví petrolejanaftaa separace alkenů
5Å malý obohacený kyslíkem	5	0,4–0,8	≥23		Speciálně navrženo pro generátor lékařského nebo zdravého kyslíkucitace nutná]
5 Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Vysoušení a čištění vzduchu;dehydrataceaodsiřovánízemního plynu azkapalněný ropný plyn;kyslíkavodíkprodukce odadsorpce s kolísáním tlakuproces
10násobek	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Vysoce účinná sorpce, používaná při desikaci, oduhličení, odsiřování plynů a kapalin a separaciaromatický uhlovodík
13násobek	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Vysoušení, odsiřování a čištění ropného plynu a zemního plynu
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Oduhličenía 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

3 Å

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

Poměr oxidu křemičitého a oxidu hlinitého: SiO2/ Al2O3 ≈ 2

Výroba

Molekulární síta 3A se vyrábějí kationtovou výměnoudraslíkprosodíkv molekulárních sítech 4A (viz níže)

Používání

Molekulární síta o velikosti pórů 3 Å neadsorbují molekuly s průměrem větším než 3 Å. Mezi vlastnosti těchto molekulárních sít patří vysoká rychlost adsorpce, schopnost časté regenerace, dobrá odolnost proti drcení aodolnost vůči znečištěníTyto vlastnosti mohou zlepšit jak účinnost, tak i životnost síta. Molekulární síta s velikostí pórů 3 Å jsou nezbytným vysoušedlem v ropném a chemickém průmyslu pro rafinaci ropy, polymeraci a hloubkové chemické sušení plyn-kapalina.

Molekulární síta s velikostí pórů 3 Å se používají k sušení řady materiálů, jako napříkladetanol, vzduch,chladiva,zemní plynanenasycené uhlovodíkyMezi ně patří krakovací plyn,acetylén,ethylen,propylenabutadien.

Molekulární síto s velikostí pórů 3 Å 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 běžná destilace nedokáže odstranit veškerou vodu (nežádoucí vedlejší produkt při výrobě etanolu) z procesních proudů etanolu kvůli tvorbě...azeotropPři koncentraci přibližně 95,6 hmotnostních procent se molekulární síta používají k oddělení ethanolu a vody na molekulární úrovni adsorpcí vody do kuliček a umožněním volného průchodu ethanolu. Jakmile jsou kuličky naplněny vodou, lze upravovat teplotu nebo tlak, což umožňuje uvolnění vody z molekulárních sít.[15]

Molekulární síta s velikostí pórů 3 Å se skladují při pokojové teplotě s relativní vlhkostí vzduchu nejvýše 90 %. Jsou uzavřena za sníženého tlaku a chráněna před vodou, kyselinami a zásadami.

4 Å

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

Poměr křemíku a hliníku: 1:1 (SiO2/ Al2O3≈2)

Výroba

Výroba síta o velikosti 4 Å je relativně jednoduchá, protože nevyžaduje ani vysoké tlaky, ani zvlášť vysoké teploty. Typicky se používají vodné roztokykřemičitan sodnýahlinitan sodnýse kombinují při 80 °C. Produkt impregnovaný rozpouštědlem se „aktivuje“ „vypálením“ při 400 °C. Síta 4A slouží jako prekurzor sít 3A a 5A.kationtová výměnazsodíkprodraslík(pro 3A) nebovápník(pro 5A)

Používání

Sušící rozpouštědla

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

 

Přísady do polyesterových látekupravit]

Tato molekulární síta se používají jako pomoc s detergenty, protože dokáží produkovat demineralizovanou vodu.vápníkiontovou výměnu, odstraňují a zabraňují usazování nečistot. Široce se používají k nahrazenífosforMolekulární síto s velikostí pórů 4 Å hraje hlavní roli při nahrazování tripolyfosfátu sodného jako pomocné látky v detergentech, čímž se zmírňuje dopad detergentu na životní prostředí. Lze jej také použít jako...mýdlotvářecí činidlo a vzubní pasta.

Zpracování škodlivého odpadu

Molekulární síta o velikosti oka 4 Å mohou čistit odpadní vody od kationtových látek, jako je napříkladamonnýionty Pb2+, Cu2+, Zn2+ a Cd2+. Díky vysoké selektivitě pro NH4+ byly úspěšně použity v terénu k boji protieutrofizacea další účinky ve vodních tocích v důsledku nadměrného množství amonných iontů. Molekulární síta o velikosti pórů 4 Å se také používají k odstraňování iontů těžkých kovů přítomných ve vodě v důsledku průmyslové činnosti.

Jiné účely

Ten/Ta/Tohutní průmyslseparační činidlo, separace, extrakce draslíku v solance,rubidium,cesiumatd.

Petrochemický průmysl,katalyzátor,vysoušedlo, adsorbent

Zemědělství:půdní kondicionér

Léky: naložit stříbrozeolitantibakteriální činidlo.

5 Å

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

Poměr oxidu křemičitého a oxidu hlinitého: SiO2/ Al2O3 ≈ 2

Výroba

Molekulární síta 5A se vyrábějí kationtovou výměnouvápníkprosodíkv molekulárních sítech 4A (viz výše)

Používání

Pět-Ångström(5Å) molekulová síta se často používají vropaprůmyslu, zejména pro čištění plynných proudů a v chemických laboratořích pro separacisloučeninya výchozí materiály pro reakce sušení. Obsahují drobné póry přesné a jednotné velikosti a používají se hlavně jako adsorbent pro plyny a kapaliny.

K sušení se používají pětiangströmová molekulová sítazemní plyn, spolu s vystoupenímodsiřováníadekarbonizaceplynu. Mohou být také použity k oddělení směsí kyslíku, dusíku a vodíku a n-uhlovodíků z olejových vosků od rozvětvených a polycyklických uhlovodíků.

Pětiangströmova molekulová síta se skladují při pokojové teplotě.relativní vlhkostméně než 90 % v kartonových sudech nebo kartonových obalech. Molekulární síta by neměla být přímo vystavena vzduchu a vodě, je třeba se vyhnout kyselinám a zásadám.

Morfologie molekulárních sít

Molekulární síta jsou k dispozici v různých tvarech a velikostech. Kulovité kuličky však mají oproti jiným tvarům výhodu, protože nabízejí nižší tlakovou ztrátu, jsou odolné proti oděru, protože nemají ostré hrany, a mají dobrou pevnost, tj. potřebná tlaková síla na jednotku plochy je vyšší. Některá molekulová síta s kuličkami nabízejí nižší tepelnou kapacitu, a tím i nižší energetické nároky během regenerace.

Další výhodou použití perlových molekulových sít je jejich sypná hustota, která je obvykle vyšší než u jiných tvarů, takže pro stejný požadavek adsorpce je potřeba menší objem molekulového síta. Při odstraňování úzkých míst lze tedy použít perlová molekulová síta, naplnit objem většího množství adsorbentu ve stejném objemu a vyhnout se jakýmkoli úpravám nádoby.