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

Molekulārais siets ir materiāls ar vienāda izmēra porām (ļoti maziem caurumiem). Šo poru diametri ir līdzīgi mazo molekulu izmēriem, un tāpēc lielas molekulas nevar iekļūt vai tikt adsorbētas, savukārt mazākas molekulas var. Molekulu maisījumam migrējot caur porainas, pusšķidras vielas nekustīgo slāni, ko sauc par sietu (vai matricu), vispirms slāni atstāj komponenti ar lielāko molekulmasu (kas nespēj iekļūt molekulu porās), kam seko pakāpeniski mazākas molekulas. Daži molekulārie sieti tiek izmantoti izmēru izslēgšanas hromatogrāfijā — atdalīšanas metodē, kas šķiro molekulas pēc to lieluma. Citi molekulārie sieti tiek izmantoti kā desikanti (daži piemēri ir aktivētā ogle un silikagels).
Molekulārā sieta poru diametru mēra ångstrēmos (Å) vai nanometros (nm). Saskaņā ar IUPAC apzīmējumiem mikroporainiem materiāliem ir poru diametrs, kas mazāks par 2 nm (20 Å), un makroporainiem materiāliem ir poru diametrs, kas lielāks par 50 nm (500 Å); tādējādi mezoporaino materiālu kategorija atrodas pa vidu ar poru diametru no 2 līdz 50 nm (20–500 Å).
Materiāli
Molekulārie sieti var būt mikroporains, mezopors vai makroporains materiāls.
Mikroporains materiāls (
●Ceolīti (alumīnija silikāta minerāli, nejaukt ar alumīnija silikātu)
●Ceolīta LTA: 3–4 Å
●Porains stikls: 10 Å (1 nm) un vairāk
●Aktīvais ogleklis: 0–20 Å (0–2 nm) un vairāk
●Māli
●Montmorilonīta maisījumi
●Haloizīts (endelīts): Ir sastopamas divas izplatītas formas: hidratētā mālā slāņu atstarpe ir 1 nm, bet dehidrētā mālā (meta-haloizīts) — 0,7 nm. Haloizīts dabiski sastopams kā mazi cilindri, kuru vidējais diametrs ir 30 nm un garums no 0,5 līdz 10 mikrometriem.
Mezoporaina materiāla (2–50 nm)
Silīcija dioksīds (izmantots silikagela pagatavošanai): 24 Å (2,4 nm)
Makroporains materiāls (>50 nm)
Makroporains silīcija dioksīds, 200–1000 Å (20–100 nm)
Pieteikumi[labot]
Molekulāros sietus bieži izmanto naftas rūpniecībā, īpaši gāzes plūsmu žāvēšanai. Piemēram, sašķidrinātās dabasgāzes (LNG) rūpniecībā gāzes ūdens saturs ir jāsamazina līdz mazāk nekā 1 ppmv, lai novērstu aizsprostojumus, ko izraisa ledus vai metāna klatrāts.
Laboratorijā molekulāros sietus izmanto šķīdinātāju žāvēšanai. "Sieti" ir pierādījuši savu pārākumu salīdzinājumā ar tradicionālajām žāvēšanas metodēm, kurās bieži tiek izmantoti agresīvi desikanti.
Ar terminu ceolīti molekulārie sieti tiek izmantoti plašam katalītisku pielietojumu klāstam. Tie katalizē izomerizāciju, alkilēšanu un epoksidēšanu, un tos izmanto liela mēroga rūpnieciskos procesos, tostarp hidrokrekingā un šķidrajā katalītiskajā krekingā.
Tos izmanto arī elpošanas aparātu gaisa padeves filtrēšanai, piemēram, nirēju un ugunsdzēsēju izmantotajiem aparātiem. Šādos gadījumos gaisu piegādā gaisa kompresors, un tas tiek izvadīts caur kārtridža filtru, kas atkarībā no pielietojuma ir piepildīts ar molekulāro sietu un/vai aktivēto ogli, un visbeidzot tiek izmantots elpošanas gaisa tvertņu piepildīšanai. Šāda filtrēšana var noņemt daļiņas un kompresora izplūdes produktus no elpošanas gaisa padeves.
Pārtikas un zāļu pārvaldes (FDA) apstiprinājums.
ASV Pārtikas un zāļu pārvalde (FDA) kopš 2012. gada 1. aprīļa ir apstiprinājusi nātrija aluminosilikātu tiešai saskarei ar patēriņa precēm saskaņā ar 21 CFR 182.2727. Pirms šī apstiprinājuma Eiropas Savienība bija izmantojusi molekulāros sietus ar farmaceitiskajiem līdzekļiem, un neatkarīga testēšana liecināja, ka molekulārie sieti atbilst visām valdības prasībām, taču nozare nebija gatava finansēt dārgo testēšanu, kas nepieciešama valdības apstiprināšanai.
Reģenerācija
Molekulāro sietu reģenerācijas metodes ietver spiediena maiņu (kā skābekļa koncentratoros), karsēšanu un attīrīšanu ar nesējgāzi (kā, piemēram, etanola dehidratācijā) vai karsēšanu augstā vakuumā. Reģenerācijas temperatūra svārstās no 175 °C (350 °F) līdz 315 °C (600 °F) atkarībā no molekulārā sieta veida. Turpretī silikagelu var reģenerēt, karsējot to parastā krāsnī līdz 120 °C (250 °F) divas stundas. Tomēr daži silikagela veidi "pārsprāgst", ja tie tiek pakļauti pietiekamam ūdens daudzumam. To izraisa silikagela sfēru plīsums, saskaroties ar ūdeni.

Modelis	Poru diametrs (Ongstrēms)	Tilpuma blīvums (g/ml)	Adsorbēts ūdens (% svara/svara)	Berzums vai nobrāzums, W(% svara/svara)	Lietojums
3 Å	3	0,60–0,68	19.–20. g.	0,3–0,6	Žāvēšananonaftas krekingsgāze un alkēni, selektīva H2O adsorbcijaizolēts stikls (IG)un poliuretāna žūšanaetanola degvielasajaukšanai ar benzīnu.
4Å	4	0,60–0,65	20.–21.	0,3–0,6	Ūdens adsorbcijanātrija aluminosilikātskas ir FDA apstiprināts (skatietzemāk) izmanto kā molekulāro sietu medicīnas traukos, lai saturs būtu sauss unpārtikas piedevakam irE-numursE-554 (pretsalipes līdzeklis); Ieteicams statiskai dehidratācijai slēgtās šķidruma vai gāzes sistēmās, piemēram, zāļu, elektrisko komponentu un ātri bojājošos ķīmisko vielu iepakojumā; ūdens absorbēšanai drukāšanas un plastmasas sistēmās un piesātinātu ogļūdeņražu plūsmu žāvēšanai. Adsorbētās vielas ir SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 un C3H6. Parasti tiek uzskatīts par universālu žāvēšanas līdzekli polārās un nepolārās vidēs;[12]atdalīšanadabasgāzeunalkēni, ūdens adsorbcija nejutīgos pret slāpeklipoliuretāns
5Å-DW	5	0,45–0,50	21.–22. lpp.	0,3–0,6	Attaukošana un sastingšanas temperatūras pazemināšanāsaviācija petrolejaundīzelisun alkēnu atdalīšana
5Å mazs ar skābekli bagātināts	5	0,4–0,8	≥23		Īpaši izstrādāts medicīniskam vai veselīgam skābekļa ģeneratoram [nepieciešama atsauce]
5 Å	5	0,60–0,65	20.–21.	0,3–0,5	Gaisa žāvēšana un attīrīšana;dehidratācijaundesulfurizācijadabasgāzes unsašķidrināta naftas gāze;skābeklisunūdeņradisražošana pēcspiediena svārstību adsorbcijaprocess
10x	8	0,50–0,60	23.–24. lpp.	0,3–0,6	Augstas efektivitātes sorbcija, ko izmanto gāzu un šķidrumu žāvēšanā, dekarburizācijā, desulfurizācijā un atdalīšanā.aromātiskais ogļūdeņradis
13x	10	0,55–0,65	23.–24. lpp.	0,3–0,5	Naftas gāzes un dabasgāzes žāvēšana, desulfurizācija un attīrīšana
13X-AS	10	0,55–0,65	23.–24. lpp.	0,3–0,5	Dekarburizācijaun žāvēšana gaisa atdalīšanas nozarē, slāpekļa atdalīšana no skābekļa skābekļa koncentratoros
Cu-13X	10	0,50–0,60	23.–24. lpp.	0,3–0,5	Saldināšana(noņemšanatioli) noaviācijas degvielaun atbilstošišķidrie ogļūdeņraži

Adsorbcijas spējas

3 Å

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 apmaiņas metodi.kālijspriekšnātrijs4A molekulārajos sietos (skatīt zemāk)

Lietojums

3Å molekulārie sieti neadsorbē molekulas, kuru diametrs ir lielāks par 3 Å. Šo molekulāro sietu raksturlielumi ietver ātru adsorbcijas ātrumu, biežu reģenerācijas spēju, labu izturību pret saspiešanu unizturība pret piesārņojumuŠīs īpašības var uzlabot gan sieta efektivitāti, gan kalpošanas laiku. 3Å molekulārie sieti ir nepieciešamais žāvētājs naftas un ķīmiskajā rūpniecībā naftas rafinēšanai, polimerizācijai un ķīmiskajai gāzu-šķidruma dziļajai žāvēšanai.

3Å molekulārie sieti tiek izmantoti dažādu materiālu žāvēšanai, piemēram,etanols, gaiss,aukstumaģenti,dabasgāzeunnepiesātinātie ogļūdeņražiPēdējie ietver krekinga gāzi,acetilēns,etilēns,propilēnsunbutadiēns.

3Å molekulāro sietu izmanto, lai atdalītu ūdeni no etanola, ko vēlāk var izmantot tieši kā biodegvielu vai netieši dažādu produktu, piemēram, ķīmisko vielu, pārtikas produktu, farmaceitisko līdzekļu un citu, ražošanai. Tā kā parastā destilācija nevar atdalīt visu ūdeni (nevēlamu etanola ražošanas blakusproduktu) no etanola procesa plūsmām, jo ​​veidojasazeotropsMolekulārā sieta lodītes, kuru koncentrācija ir aptuveni 95,6 % pēc svara, tiek izmantotas, lai molekulārā līmenī atdalītu etanolu un ūdeni, adsorbējot ūdeni lodītēs un ļaujot etanolam brīvi izplūst. Kad lodītes ir pilnas ar ūdeni, var manipulēt ar temperatūru vai spiedienu, ļaujot ūdenim atbrīvoties no molekulārā sieta lodītēm.[15]

3Å molekulārie sieti tiek uzglabāti istabas temperatūrā, relatīvajā mitrumā nepārsniedzot 90%. Tie ir noslēgti pazeminātā spiedienā, 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 ražošana ir samērā vienkārša, jo tam nav nepieciešams ne augsts spiediens, ne īpaši augsta temperatūra. Parasti ūdens šķīduminātrija silikātsunnātrija aluminātstiek apvienoti 80 °C temperatūrā. Ar šķīdinātāju piesūcinātais produkts tiek "aktivizēts", "cepot" 400 °C temperatūrā. 4A sieti kalpo kā priekštecis 3A un 5A sietiem, izmantojotkatjonu apmaiņanonātrijspriekškālijs(3A gadījumā) vaikalcijs(5A modelim)

Lietojums

Žāvēšanas šķīdinātāji

4Å molekulārie sieti tiek plaši izmantoti laboratorijas šķīdinātāju žāvēšanai. Tie var absorbēt ūdeni un citas molekulas ar kritisko diametru, kas mazāks par 4 Å, piemēram, NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 un C2H4. Tos plaši izmanto šķidrumu un gāzu žāvēšanā, rafinēšanā un attīrīšanā (piemēram, argona ražošanā).

 

Poliestera piedevasrediģēt]

Šie molekulārie sieti tiek izmantoti, lai palīdzētu mazgāšanas līdzekļiem, jo ​​tie var ražot demineralizētu ūdeni.kalcijsjonu apmaiņa, noņem un novērš netīrumu nogulsnēšanos. Tos plaši izmanto, lai aizstātufosfors4Å molekulārajam sietam ir būtiska loma nātrija tripolifosfāta aizstāšanā kā mazgāšanas līdzekļa palīgvielai, lai mazinātu mazgāšanas līdzekļa ietekmi uz vidi. To var izmantot arī kāziepesveidojošais līdzeklis un iekšāzobu pasta.

Kaitīgu atkritumu apstrāde

4Å molekulārie sieti var attīrīt notekūdeņus no katjonu sugām, piemēram,amonijsjoni, Pb2+, Cu2+, Zn2+ un Cd2+. Pateicoties augstajai selektivitātei pret NH4+, tie ir veiksmīgi pielietoti laukā, lai cīnītos preteitrofikācijaun citas sekas ūdensceļos pārmērīga amonija jonu daudzuma dēļ. 4Å molekulārie sieti ir izmantoti arī, lai atdalītu smago metālu jonus, kas atrodas ūdenī rūpniecisko darbību dēļ.

Citiem mērķiem

Themetalurģijas rūpniecībaatdalīšanas līdzeklis, atdalīšana, sālsūdens kālija ekstrakcija,rubīdijs,cēzijsutt.

Naftas ķīmijas rūpniecība,katalizators,desikants, adsorbents

Lauksaimniecība:augsnes ielabotājs

Medicīna: sudraba ielādeceolītsantibakteriāls līdzeklis.

5 Å

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 apmaiņas metodi.kalcijspriekšnātrijs4A molekulārajos sietos (skatīt iepriekš)

Lietojums

Pieci-Angstrēms(5Å) molekulārie sieti bieži tiek izmantotinaftarūpniecībā, īpaši gāzes plūsmu attīrīšanai un ķīmijas laboratorijā atdalīšanaisavienojumiun žāvēšanas reakcijas izejvielas. Tās satur sīkas, precīza un vienāda izmēra poras, un tās galvenokārt izmanto kā gāzu un šķidrumu adsorbentu.

Žāvēšanai izmanto piecu angstrēmu molekulāros sietus.dabasgāze, kā arī uzstāšanosdesulfurizācijaundekarbonizācijagāzes. Tos var izmantot arī skābekļa, slāpekļa un ūdeņraža maisījumu, kā arī eļļas-vaska n-ogļūdeņražu atdalīšanai no sazarotiem un policikliskiem ogļūdeņražiem.

Piecu angstrēmu molekulārie sieti tiek uzglabāti istabas temperatūrā arrelatīvais mitrumsKartona mucās vai kartona iepakojumā mazāk nekā 90 %. Molekulāros sietus nedrīkst tieši pakļaut gaisa un ūdens iedarbībai, jāizvairās no skābēm un sārmiem.

Molekulāro sietu morfoloģija

Molekulārie sieti ir pieejami dažādās formās un izmēros. Taču sfēriskajām lodītēm ir priekšrocības salīdzinājumā ar citām formām, jo ​​tām ir zemāks spiediena kritums, tās ir izturīgas pret berzi, jo tām nav asu malu, un tām ir laba izturība, t. i., nepieciešamais saspiešanas spēks uz laukuma vienību ir lielāks. Dažiem lodīšu molekulārajiem sietiem ir zemāka siltumietilpība, līdz ar to zemākas enerģijas vajadzības reģenerācijas laikā.

Vēl viena lodveida molekulāro sietu izmantošanas priekšrocība ir tā, ka to tilpuma blīvums parasti ir lielāks nekā citām formām, tāpēc tai pašai adsorbcijas prasībai nepieciešams mazāks molekulārā sieta tilpums. Tādējādi, novēršot sašaurinājumus, var izmantot lodveida molekulāros sietus, ielādēt vairāk adsorbenta tādā pašā tilpumā un izvairīties no jebkādām trauka modifikācijām.