Un tagliu moleculare hè un materiale cù pori (buchi assai chjuchi) di dimensione uniforme

Un tagliu moleculare hè un materiale cù pori (buchi assai chjuchi) di dimensione uniforme. Questi diametri di poru sò simili in grandezza à e molécule chjuche, è cusì grande molécule ùn ponu micca entra o esse adsorbite, mentri molécule più chjuche ponu. Cum'è una mistura di molécule migra à traversu u lettu stazionariu di sustanza porosa, semi-solida chjamata sieve (o matrice), i cumpunenti di u più altu pesu moleculare (chì ùn sò micca capaci di passà in i pori molecolari) lascianu u lettu prima. seguita da molécule più chjuche. Certi sieves molecolari sò usati in a cromatografia d'esclusione di taglia, una tecnica di separazione chì sorte e molécule basate nantu à a so dimensione. L'altri sieves molecolari sò usati cum'è dissiccanti (alcuni esempi includenu carbone attivatu è gel di silice).
U diametru di i pori di un crivellu moleculare hè misuratu in ångströms (Å) o nanometri (nm). Sicondu a notazione IUPAC, i materiali microporous anu un diametru di poru di menu di 2 nm (20 Å) è i materiali macroporous anu un diametru di poru di più di 50 nm (500 Å); a categuria mesoporosa si trova dunque in u mezu cù diametri di poru trà 2 è 50 nm (20-500 Å).
Materiali
Sieve moleculari pò esse materiale microporous, mesoporous, o macroporous.
Materiale microporoso (
●Zeoliti (minerali aluminosilicati, da ùn esse cunfunditi cù silicatu d'aluminiu)
●Zeolite LTA: 3-4 Å
●Porous glass: 10 Å (1 nm), è su
●Carbon attivu: 0-20 Å (0-2 nm), è più
●Argilli
●Montmorillonite mescola
●Halloysite (endellite): Dui formi cumuni sò truvati, quandu idratatu l'argilla mostra una spaziazione di 1 nm di i strati è quandu si disidrata (meta-halloysite) u spacing hè 0,7 nm. Halloysite si trova naturalmente cum'è picculi cilindri chì medianu 30 nm di diametru cù lunghezze trà 0,5 è 10 micrometri.
Materiale mesoporoso (2-50 nm)
Diossidu di siliciu (adupratu per fà u gel di silice): 24 Å (2,4 nm)
Materiale macroporoso (> 50 nm)
Silice macroporosa, 200–1000 Å (20–100 nm)
Applicazioni[modifica]
I taglii moleculari sò spessu usati in l'industria petrolifera, in particulare per l'asciugatura di i flussi di gas. Per esempiu, in l'industria di gas naturale liquidu (LNG), u cuntenutu di l'acqua di u gasu deve esse ridutta à menu di 1 ppmv per prevene i blocchi causati da ghiaccio o clathrate di metanu.
In u laburatoriu, i sieves molecolari sò usati per asciucà i solventi. "Sieves" anu dimustratu per esse superiore à e tecniche tradiziunali di secche, chì spessu utilizanu dissiccanti aggressivi.
Sottu à u termu zeoliti, i sieves molecolari sò usati per una larga gamma di applicazioni catalitiche. Catalizzanu l'isomerizazione, l'alchilazione è l'epossidazione, è sò usati in prucessi industriali à grande scala, cumpresi l'idrocracking è u cracking cataliticu fluidu.
Sò ancu aduprati in a filtrazione di l'aria per l'apparecchi di respirazione, per esempiu quelli utilizati da scuba divers è pompieri. In tali applicazioni, l'aria hè furnita da un compressore d'aria è hè passatu per un filtru di cartuccia chì, secondu l'applicazione, hè pienu di tagliu moleculare è / o di carbone attivatu, infine esse usatu per carricà i tanki d'aria respirabile. è i prudutti di scarico di i compressori da u supply d'aria di respirazione.
Approvazione FDA.
A FDA di i Stati Uniti hà da u 1 d'aprile di u 2012 appruvatu l'aluminosilicatu di sodiu per u cuntattu direttu cù l'articuli consumabili sottu 21 CFR 182.2727. Prima di questa appruvazioni, l'Unione Europea avia utilizatu crivelli molecolari cù i farmaceutichi è e teste indipendenti suggerenu chì i crivelli molecolari rispondenu à tutti i requisiti di u guvernu, ma l'industria ùn era micca disposta à finanzà e teste caru richieste per l'appruvazioni di u guvernu.
Rigenerazione
I metudi di rigenerazione di sieves molecolari includenu u cambiamentu di pressione (cum'è in i concentratori di l'ossigenu), u riscaldamentu è a purga cù un gasu trasportatore (cum'è quandu s'utilice in a desidratazione di etanolu), o riscaldamentu sottu vacuum altu. A temperatura di rigenerazione varieghja da 175 °C (350 °F) à 315 °C (600 °F) secondu u tipu di tagliu moleculare. In cuntrastu, u gel di silice pò esse rigeneratu calendu in un fornu regulare à 120 ° C (250 ° F) per duie ore. In ogni casu, certi tipi di gel di silice "pop" quandu sò esposti à abbastanza acqua. Questu hè causatu da a rottura di e sfere di silice quandu u cuntattu cù l'acqua.

Mudellu	diametru di i pori (Ångström)	Densità apparente (g/ml)	acqua adsorbita (% w/w)	Attrizione o abrasione, W(% p/p)	Usu
3Å	3	0,60-0,68	19-20	0,3-0,6	Essiccazionedicracking di petroliugas è alcheni, adsorzione selettiva di H2O invetru isolante (IG)e poliuretano, essiccazione dicarburante etanoluper mischjà cù benzina.
4Å	4	0,60-0,65	20-21	0,3-0,6	Adsorption d'acqua inaluminosilicatu di sodiuchì hè appruvatu da a FDA (vedesottu) usatu comu sieve molekulari in cuntenituri medicale à mantene u cuntenutu seccu è cum'èadditivu alimentariavèE-numeruE-554 (anti-agglutinante); Preferitu per a desidratazione statica in sistemi di liquidu o di gas chjusi, per esempiu, in imballaggi di droghe, cumpunenti elettrici è chimichi periscibili; scavenging d'acqua in sistemi di stampa è plastica è essiccazione di flussi di idrocarburi saturati. Spezie adsorbite include SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6, è C3H6. Generalmente cunzidiratu un agentu di siccatu universale in i media polari è non polari;[12]separazione digas naturaleèalcheni, adsorption of water in non-nitrogen sensitivepoliuretanu
5Å-DW	5	0,45-0,50	21-22	0,3-0,6	Degrassing e pour point depression ofaviazione keroseneèdiesel, e separazione di alcheni
5Å picculu arricchitu di ossigenu	5	0,4-0,8	≥23		Spécialmente cuncepitu per u generatore d'ossigenu medico o sanu [citazione necessaria]
5Å	5	0,60-0,65	20-21	0,3-0,5	dessiccazione è purificazione di l'aria;disidratazioneèdesulfurizazionedi gas naturale ègasu di pitroliu liquidu;ossigenuèl'idrogenupruduzzione daadsorption swing di pressioneprucessu
10X	8	0,50-0,60	23-24	0,3-0,6	Sorption high-efficace, usatu in dissiccazione, decarburization, desulfurization di gas è liquidi è siparazione diidrocarburu aromaticu
13X	10	0,55-0,65	23-24	0,3-0,5	Essiccazione, desulfurizazione è purificazione di gas di petroliu è di gas naturale
13X-AS	10	0,55-0,65	23-24	0,3-0,5	Decarburizazioneè dissiccazione in l'industria di a separazione di l'aria, a separazione di l'azotu da l'ossigenu in i concentratori d'ossigenu
Cu-13X	10	0,50-0,60	23-24	0,3-0,5	Addulcinante(eliminazione ditioli) dicarburante d'aviazioneè currispundentiidrocarburi liquidi

Capacità di adsorbimentu

3Å

Formula chimica apprussimata: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3• 2 SiO2 • 9/2 H2O

Rapportu silice-alumina: SiO2/ Al2O3≈2

Pruduzzione

3A sieves moleculari sò pruduciuti da u scambiu di cationi dipotassiupersodiumin 4A sieves moleculari (Vede sottu)

Usu

Sieves molecular 3Å ùn adsorbe molécule chì i diametri sò più grande di 3 Å. E caratteristiche di sti crivelli molecolari includenu a velocità di adsorzione rapida, a capacità di regenerazione frequente, una bona resistenza à a frantumazione èresistenza à a contaminazione. Queste caratteristiche ponu migliurà sia l'efficienza sia a vita di u sieve. I taglii molecolari 3Å sò u dissicante necessariu in l'industria petrolifera è chimica per a raffinazione di l'oliu, a polimerizazione è l'asciugatura in profondità di gas-liquidu chimicu.

3Å sieves moleculari sò usati à asciucà una gamma di materiali, cum'èetanolu, aria,refrigeranti,gas naturaleèidrocarburi insaturi. L'ultimi includenu gas di cracking,acetilene,etilene,propilenuèbutadiene.

U tagliu moleculare 3Å hè utilizzatu per caccià l'acqua da l'etanol, chì dopu pò esse aduprata direttamente cum'è bio-carburante o indirettamente per pruduce diversi prudutti cum'è chimichi, alimenti, farmaceutici è più. Siccomu a distillazione normale ùn pò micca caccià tutta l'acqua (un subproduttu indesideratu da a produzzione di etanolu) da i flussi di prucessu di etanolu per via di a furmazione di unazeotropeattornu a cuncintrazzioni di 95,6 per centu per u pesu, e perle di sieve moleculare sò aduprate per separà l'etanolu è l'acqua à un livellu molekulari adsorbendu l'acqua in e perle è permettenu à l'etanolu di passà liberamente. Una volta chì e perle sò chinu d'acqua, a temperatura o a pressione pò esse manipulata, chì permettenu l'acqua per esse liberata da e perle di tagliu moleculare.[15]

3Å sieves moleculari sò cullucatu à a temperatura di l'ambienti, cù una umidità relativa micca più di 90%. Sò sigillati sottu pressione ridutta, esse tenuti luntanu da l'acqua, l'acidi è l'alkali.

4Å

Formula chimica: Na2O•Al2O3•2SiO2•9/2H2O

Rapportu silicium-aluminium: 1:1 (SiO2/ Al2O3≈2)

Pruduzzione

A pruduzzione di 4Å sieve hè relativamente simplice perchè ùn esige nè pressioni elevate nè temperatures particularmente elevate. Soluzioni tipicamente acquose disilicatu di sodiuèaluminate di sodiusò cumminati à 80 ° C. U pruduttu impregnatu di solvente hè "attivatu" per "cottura" à 400 °C.scambiu di cationidisodiumperpotassiu(per 3A) ocalcium(per 5A)

Usu

Asciugatura di solventi

4Å sieves molekulari sò largamente usati per asciugà i solventi di u laboratoriu. Puderanu l'acqua è altre molécule cù un diametru criticu menu di 4 Å cum'è NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6, è C2H4. Sò largamente usati in l'asciugatura, a raffinazione è a purificazione di liquidi è gasi (cum'è a preparazione di l'argon).

 

Additivi di l'agenti di poliester [edità]

Questi taglii molecolari sò usati per aiutà i detergenti in quantu ponu pruduce l'acqua demineralizzatacalciumscambiu di ioni, sguassate è impediscenu a deposizione di a terra. Sò largamente usati per rimpiazzàfosforu. U tagliu moleculare 4Å ghjucà un rolu maiò per rimpiazzà u tripolifosfatu di sodiu cum'è detergente ausiliariu per mitigà l'impattu ambientale di u detergente. Pò esse ancu usatu cum'è asaponeagente di furmazione è indentifricio.

Trattamentu di rifiuti dannusu

4Å sieves molekulari pò purificà l 'acqua di spezie cationici cum'èammoniuioni, Pb2+, Cu2+, Zn2+ è Cd2+. A causa di l'alta selettività per NH4 + sò stati appiicati cù successu in u campu di cumbattimentueutrofizazioneè altri effetti in i corsi d'acqua per via di ioni ammonium eccessivu. 4Å sieves moleculari sò stati dinù usatu pi caccià ioni metalli pisanti prisenti in acqua per via di attività industriale.

Altri scopi

Uindustria metallurgica: agent de séparation, séparation, extraction du potassium de la saumure,rubidiu,cesium, etc.

industria petrolchimica,catalizzatore,dessicante, adsorbente

Agriculture :condizionatore di terra

Medicina : carica d'argentuzeoliteagenti antibacterial.

5Å

Formula chimica: 0.7CaO•0.30Na2O•Al2O3•2.0SiO2•4.5H2O

Rapportu silice-alumina: SiO2/ Al2O3≈2

Pruduzzione

5A sieves moleculari sò pruduciuti da u scambiu di cationi dicalciumpersodiumin 4A sieves moleculari (Vede sopra)

Usu

Cinque-ångström(5Å) sieves moleculari sò spessu usatu in upitroliuindustria, in particulare per a purificazione di i flussi di gas è in u laboratoriu di chimica per a separazionecumpostie materiali di partenza di reazzione d'asciugatura. Contenenu pori minusculi di una dimensione precisa è uniforme, è sò principalmente usati com'è adsorbente per gasi è liquidi.

Cinque-ångström sieves mulekulari sò usati à siccàgas naturale, cù a realizazionedesulfurizazioneèdecarbonatazionedi u gasu. Puderanu ancu esse usatu per separà e mischi di l'ossigenu, l'azotu è l'idrogenu, è n-idrocarburi di cera d'oliu da l'idrocarburi ramificati è policiclici.

Cinque-ångström sieves moleculari sò cullucatu a temperatura di l 'ambienti, cù aumidità relativamenu di 90% in barili di cartone o imballaggi di cartone. U tagliu moleculare ùn deve esse direttamente espunutu à l'aria è l'acqua, l'acidi è l'alkali deve esse evitati.

Morfologia di i crivelli moleculari

I taglii moleculari sò dispunibuli in diverse forme è dimensioni. Ma i perle sferiche anu un vantaghju annantu à l'altri forme chì offrenu una caduta di pressione più bassa, sò resistenti à l'attrizione perchè ùn anu micca bordi affilati, è anu una bona forza, vale à dì a forza di schiacciamentu necessaria per unità di area hè più altu. Certi setacci molecolari in perline offrenu una capacità di calore più bassa, cusì i bisogni energetichi più bassi durante a rigenerazione.

L'altru vantaghju di l'usu di crivelli molecolari in perline hè chì a densità di massa hè di solitu più altu ch'è l'altra forma, cusì per u stessu requisitu di adsorbimentu u voluminu di u setamu molecolari necessariu hè menu. Cusì, mentre face u de-bottlenecking, unu pò aduprà crivelli molecolari in perline, carica più adsorbente in u stessu voluminu, è evità ogni mudificazione di u vasu.