Molekulārais siets ir materiāls ar vienāda izmēra porām (ļoti maziem caurumiem).

Molekulārais siets ir materiāls ar vienāda izmēra porām (ļoti maziem caurumiem). Šie poru diametri ir līdzīgi mazām molekulām, un tādējādi lielas molekulas nevar iekļūt vai tikt adsorbētas, savukārt mazākas molekulas to var. Molekulu maisījumam migrējot caur porainas, puscietas vielas stacionāro slāni, ko dēvē par sietu (vai matricu), vislielākās molekulmasas komponenti (kas nespēj iekļūt molekulārajās porās) vispirms atstāj gultni, kam seko secīgi mazākas molekulas. Dažus molekulāros sietus izmanto izmēra izslēgšanas hromatogrāfijā, atdalīšanas paņēmienā, kas kārto molekulas pēc to lieluma. Kā desikanti tiek izmantoti citi molekulārie sieti (daži piemēri ir aktivētā ogle un silikagels).
Molekulārā sieta poru diametru mēra ångstrēmos (Å) vai nanometros (nm). Saskaņā ar IUPAC apzīmējumu mikroporainu materiālu poru diametrs ir mazāks par 2 nm (20 Å), bet makroporainu materiālu poru diametrs ir lielāks par 50 nm (500 Å); tādējādi mezoporainā kategorija atrodas vidū ar poru diametru no 2 līdz 50 nm (20–500 Å).
Materiāli
Molekulārie sieti var būt mikroporaini, mezoporaini vai makroporaini materiāli.
Mikroporains materiāls (
●Ceolīti (aluminosilikāta minerāli, nejaukt ar alumīnija silikātu)
●Ceolīts LTA: 3–4 Å
●Porains stikls: 10 Å (1 nm) un vairāk
●Aktīvā ogle: 0–20 Å (0–2 nm) un vairāk
●Māli
●Monmorilonīta maisījumi
● Halloysite (endelīts): ir konstatētas divas izplatītas formas, kad māls ir hidratēts, slāņu atstatums ir 1 nm, bet dehidrēts (meta-haloysite) - 0,7 nm. Halloysite dabiski sastopami kā mazi cilindri, kuru diametrs ir vidēji 30 nm un kuru garums ir no 0,5 līdz 10 mikrometriem.
Mezoporains materiāls (2–50 nm)
Silīcija dioksīds (izmanto silikagela ražošanai): 24 Å (2,4 nm)
Makroporains materiāls (>50 nm)
Makroporains silīcija dioksīds, 200–1000 Å (20–100 nm)
Lietojumprogrammas[rediģēt]
Molekulārie sieti bieži tiek izmantoti naftas rūpniecībā, īpaši gāzes plūsmu žāvēšanai. Piemēram, šķidrās dabasgāzes (SDG) nozarē ūdens saturs gāzē ir jāsamazina līdz mazāk nekā 1 ppmv, lai novērstu ledus vai metāna klatrāta izraisītus aizsprostojumus.
Laboratorijā šķīdinātāja žāvēšanai izmanto molekulāros sietus. "Sieti" ir izrādījušies pārāki par tradicionālajām žāvēšanas metodēm, kurās bieži tiek izmantoti agresīvi desikanti.
Ar terminu ceolīti molekulāros sietus izmanto plašam katalītisku lietojumu klāstam. Tie katalizē izomerizāciju, alkilēšanu un epoksidēšanu, un tiek izmantoti liela mēroga rūpnieciskos procesos, tostarp hidrokrekinga un šķidruma katalītiskā krekinga.
Tos izmanto arī elpošanas aparātu gaisa padeves filtrēšanai, piemēram, tiem, ko izmanto nirēji un ugunsdzēsēji. Šādos lietojumos gaiss tiek piegādāts ar gaisa kompresoru un tiek izvadīts caur kārtridžu filtru, kas atkarībā no pielietojuma ir piepildīts ar molekulāro sietu un/vai aktīvo ogli, beidzot tiek izmantots, lai uzlādētu ieelpotā gaisa tvertnes. Šāda filtrēšana var noņemt daļiņas. un kompresora izplūdes produkti no elpošanas gaisa padeves.
FDA apstiprinājums.
ASV FDA no 2012. gada 1. aprīļa ir apstiprinājusi nātrija alumīnija silikātu tiešai saskarei ar patērējamiem priekšmetiem saskaņā ar 21 CFR 182.2727. Pirms šī apstiprinājuma Eiropas Savienība bija izmantojusi molekulāros sietus ar farmaceitiskiem līdzekļiem, un neatkarīgas pārbaudes liecina, ka molekulārie sieti atbilst visām valdības prasībām, taču nozare nevēlējās finansēt dārgo testēšanu, kas nepieciešama valdības apstiprināšanai.
Reģenerācija
Molekulāro sietu reģenerācijas metodes ietver spiediena maiņu (kā skābekļa koncentratoros), karsēšanu un attīrīšanu ar nesējgāzi (kā tad, kad to izmanto etanola dehidratācijai) vai karsēšanu augstā vakuumā. Reģenerācijas temperatūra ir no 175 °C (350 °F) līdz 315 °C (600 °F) atkarībā no molekulārā sieta veida. Turpretim silikagelu var reģenerēt, karsējot to parastā krāsnī līdz 120 °C (250 °F) divas stundas. Tomēr daži silikagela veidi "izsprāgst", pakļaujot pietiekami daudz ūdens. To izraisa silīcija dioksīda lodīšu lūzums, saskaroties ar ūdeni.

Modelis	Poru diametrs (Ångström)	Tilpuma blīvums (g/ml)	Adsorbēts ūdens (% w/w)	Nodilums vai nobrāzums, W(% masas)	Lietošana
3Å	3	0,60–0,68	19.–20	0,3–0,6	Izžūšananonaftas krekingagāze un alkēni, selektīva H2O adsorbcija iekšāizolēts stikls (IG)un poliuretāna, žāvēšanaetanola degvielasajaukšanai ar benzīnu.
4Å	4	0,60–0,65	20.–21	0,3–0,6	Ūdens adsorbcija iekšānātrija aluminosilikātskas ir FDA apstiprināts (skzemāk) izmanto kā molekulāro sietu medicīniskajos traukos, lai saturs būtu sauss un kāpārtikas piedevakamE-numursE-554 (pretsalipes līdzeklis); Ieteicams statiskai dehidratācijai slēgtās šķidruma vai gāzes sistēmās, piemēram, zāļu, elektrisko komponentu un ātri bojājošos ķīmisko vielu iepakojumos; ūdens attīrīšana drukāšanas un plastmasas sistēmās un piesātināto ogļūdeņražu plūsmu žāvēšana. Adsorbētās sugas ir SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 un C3H6. Parasti tiek uzskatīts par universālu žāvēšanas līdzekli polārā un nepolārā vidē;[12]atdalīšanadabasgāzeunalkēni, ūdens adsorbcija pret slāpekli nejutīgospoliuretāns
5Å-DW	5	0,45–0,50	21.–22	0,3–0,6	Attaukošana un sastingšanas punkta pazemināšanaaviācija petrolejaundīzeļdegvielaun alkēnu atdalīšana
5Å mazs ar skābekli bagātināts	5	0,4–0,8	≥23		Speciāli izstrādāts medicīniskam vai veselīgam skābekļa ģeneratoram[nepieciešama atsauce]
5Å	5	0,60–0,65	20.–21	0,3–0,5	Gaisa žāvēšana un attīrīšana;dehidratācijaundesulfurizācijadabasgāzes unšķidrā naftas gāze;skābeklisunūdeņradisražošana līdzspiediena svārstību adsorbcijaprocess
10X	8	0,50–0,60	23.–24	0,3–0,6	Augsti efektīva sorbcija, ko izmanto gāzu un šķidrumu žāvēšanai, dekarbonizēšanai, sēra atdalīšanai un atdalīšanaiaromātiskais ogļūdeņradis
13X	10	0,55–0,65	23.–24	0,3–0,5	Naftas gāzes un dabasgāzes žāvēšana, desulfurizācija un attīrīšana
13X-AS	10	0,55–0,65	23.–24	0,3–0,5	Dekarburizācijaun žāvēšana gaisa atdalīšanas nozarē, slāpekļa atdalīšana no skābekļa skābekļa koncentratoros
Cu-13X	10	0,50–0,60	23.–24	0,3–0,5	Saldināšana(noņemšanatioli) noaviācijas degvielaun atbilstošsšķidrie ogļūdeņraži

Adsorbcijas spējas

3Å

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

Silīcija dioksīda un alumīnija oksīda attiecība: SiO2/ Al2O3≈2

Ražošana

3A molekulārie sieti tiek ražoti ar katjonu apmaiņukālijspriekšnātrijs4A molekulārajos sietos (skatīt zemāk)

Lietošana

3Å molekulārie sieti neadsorbē molekulas, kuru diametrs ir lielāks par 3 Å. Šo molekulāro sietu īpašības ietver ātru adsorbcijas ātrumu, biežu reģenerācijas spēju, labu drupināšanas izturību unpiesārņojuma izturība. Šīs funkcijas var uzlabot gan sieta efektivitāti, gan kalpošanas laiku. 3Å molekulārie sieti ir nepieciešamais desikants naftas un ķīmiskajā rūpniecībā naftas rafinēšanai, polimerizācijai un ķīmiskai gāzes-šķidruma dziļai žāvēšanai.

3Å molekulārie sieti tiek izmantoti dažādu materiālu žāvēšanai, piemērametanols, gaiss,dzesētāji,dabasgāzeunnepiesātinātie ogļūdeņraži. Pēdējie ietver krekinga gāzi,acetilēns,etilēns,propilēnsunbutadiēns.

3Å molekulāro sietu izmanto, lai noņemtu ūdeni no etanola, ko vēlāk var izmantot tieši kā biodegvielu vai netieši, lai ražotu dažādus produktus, piemēram, ķīmiskas vielas, pārtiku, farmaceitiskos produktus un citus. Tā kā parastā destilācija nevar noņemt visu ūdeni (nevēlamo blakusproduktu etanola ražošanā) no etanola procesa plūsmām, jo ​​veidojasazeotropsar aptuveni 95,6 svara procentu koncentrāciju molekulārā sieta lodītes tiek izmantotas, lai molekulārā līmenī atdalītu etanolu un ūdeni, adsorbējot ūdeni lodītes un ļaujot etanolam brīvi iziet. Kad lodītes ir pilnas ar ūdeni, var manipulēt ar temperatūru vai spiedienu, ļaujot ūdenim izdalīties no molekulārā sieta lodītēm.[15]

3Å molekulāros sietus uzglabā istabas temperatūrā, ar relatīvo mitrumu ne vairāk kā 90%. Tie ir noslēgti zem pazemināta spiediena, turot prom no ūdens, skābēm un sārmiem.

4Å

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

Silīcija un alumīnija attiecība: 1:1 (SiO2/Al2O3≈2)

Ražošana

4Å sieta izgatavošana ir salīdzinoši vienkārša, jo tai nav nepieciešams ne augsts spiediens, ne īpaši augsta temperatūra. Parasti ūdens šķīduminātrija silikātsunnātrija aluminātstiek apvienoti 80 °C temperatūrā. Ar šķīdinātāju piesūcināts produkts tiek "aktivizēts", "cepot" 400 °C temperatūrā. 4A sieti kalpo kā 3A un 5A sietu prekursors caurkatjonu apmaiņanonātrijspriekškālijs(3A) vaikalcijs(5A)

Lietošana

Žāvēšanas šķīdinātāji

4Å molekulāros sietus plaši izmanto laboratorijas šķīdinātāju žāvēšanai. Tie var absorbēt ūdeni un citas molekulas, kuru kritiskais diametrs ir mazāks par 4 Å, piemēram, NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 un C2H4. Tos plaši izmanto šķidrumu un gāzu žāvēšanai, rafinēšanai un attīrīšanai (piemēram, argona pagatavošanai).

 

Poliestera aģentu piedevas[rediģēt]

Šos molekulāros sietus izmanto, lai palīdzētu mazgāšanas līdzekļiem, jo ​​tie var radīt demineralizētu ūdenikalcijsjonu apmaiņu, noņem un novērš netīrumu nogulsnēšanos. Tos plaši izmanto, lai aizstātufosfors. 4Å molekulārajam sietam ir liela nozīme, aizstājot nātrija tripolifosfātu kā mazgāšanas līdzekļa palīglīdzekli, lai mazinātu mazgāšanas līdzekļa ietekmi uz vidi. To var izmantot arī kā aziepesveidojošais līdzeklis un iekšāzobu pasta.

Kaitīgo atkritumu apstrāde

4Å molekulārie sieti var attīrīt katjonu sugu notekūdeņus, piemēram,amonijsjoni, Pb2+, Cu2+, Zn2+ un Cd2+. Pateicoties augstajai selektivitātei attiecībā uz NH4+, tie ir veiksmīgi izmantoti cīņā pret laukiemeitrofikācijaun citi efekti ūdensceļos pārmērīga amonija jonu dēļ. 4Å molekulārie sieti ir izmantoti arī, lai noņemtu smago metālu jonus, kas atrodas ūdenī rūpniecisko darbību dēļ.

Citi mērķi

Themetalurģijas rūpniecība: atdalīšanas līdzeklis, atdalīšana, kālija sālsūdens ekstrakcija,rubīdijs,cēzijsutt.

naftas ķīmijas rūpniecība,katalizators,desikants, adsorbents

Lauksaimniecība:augsnes uzlabotājs

Medicīna: slodze sudrabaceolītsantibakteriāls līdzeklis.

5Å

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

Silīcija dioksīda un alumīnija oksīda attiecība: SiO2/ Al2O3≈2

Ražošana

5A molekulārie sieti tiek ražoti ar katjonu apmaiņukalcijspriekšnātrijs4A molekulārajos sietos (skatīt iepriekš)

Lietošana

pieci-ångström(5Å) molekulāros sietus bieži izmantonaftasrūpniecībā, īpaši gāzu plūsmu attīrīšanai un ķīmijas laboratorijā atdalīšanaisavienojumiun žāvēšanas reakcijas izejvielas. Tie satur sīkas precīza un vienāda izmēra poras, un tos galvenokārt izmanto kā gāzu un šķidrumu adsorbentu.

Žāvēšanai izmanto piecu angstrēmu molekulāros sietusdabasgāze, kopā ar uzstāšanosdesulfurizācijaundekarbonizācijano gāzes. Tos var izmantot arī, lai atdalītu skābekļa, slāpekļa un ūdeņraža maisījumus un eļļas vaska n-ogļūdeņražus no sazarotiem un policikliskiem ogļūdeņražiem.

Piecu angstrēmu molekulāros sietus uzglabā istabas temperatūrā ar arelatīvais mitrumsmazāk nekā 90% kartona mucās vai kartona iepakojumā. Molekulārie sieti nedrīkst būt tieši pakļauti gaisa un ūdens iedarbībai, jāizvairās no skābēm un sārmiem.

Molekulāro sietu morfoloģija

Molekulārie sieti ir pieejami dažādās formās un izmēros. Taču sfēriskām lodītēm ir priekšrocības salīdzinājumā ar citām formām, jo ​​tās piedāvā mazāku spiediena kritumu, ir izturīgas pret nodilumu, jo tām nav asu malu, un tām ir laba izturība, ti, uz laukuma vienību nepieciešamais saspiešanas spēks ir lielāks. Atsevišķi molekulārie sieti ar lodītēm piedāvā zemāku siltuma jaudu, tādējādi samazinot enerģijas vajadzības reģenerācijas laikā.

Otra pērlīšu molekulāro sietu izmantošanas priekšrocība ir tā, ka tilpuma blīvums parasti ir lielāks nekā citai formai, tāpēc vienādām adsorbcijas prasībām nepieciešamais molekulārā sieta tilpums ir mazāks. Tādējādi, veicot šķēršļus, var izmantot molekulāros sietus ar lodītēm, tajā pašā tilpumā ievietot vairāk adsorbenta un izvairīties no jebkādām trauku modifikācijām.