Un setacciu moleculare hè un materiale cù pori (fori assai chjuchi) di dimensione uniforme. Quessi diametri di i pori sò simili in dimensione à e piccule molecule, è dunque e molecule grande ùn ponu micca entre o esse adsorbite, mentre chì e molecule più chjuche ponu. Mentre una mistura di molecule migra attraversu u lettu stazionariu di sustanza porosa è semi-solida chjamata setacciu (o matrice), i cumpunenti di u pesu moleculare più altu (chì ùn sò micca capaci di passà in i pori moleculari) lascianu prima u lettu, seguitati da molecule successivamente più chjuche. Certi setacci moleculari sò usati in a cromatografia di esclusione dimensionale, una tecnica di separazione chì classifica e molecule in basa à a so dimensione. Altri setacci moleculari sò usati cum'è disseccanti (alcuni esempi includenu carbone attivatu è gel di silice).
U diametru di i pori di un setacciu moleculare hè misuratu in ångströms (Å) o nanometri (nm). Sicondu a nutazione IUPAC, i materiali microporosi anu diametri di pori inferiori à 2 nm (20 Å) è i materiali macroporosi anu diametri di pori superiori à 50 nm (500 Å); a categuria mesoporosa si trova dunque in u mezu cù diametri di pori trà 2 è 50 nm (20-500 Å).
Materiali
I setacci moleculari ponu esse di materiale microporoso, mesoporoso o macroporoso.
Materiale microporosu (
●Zeoliti (minerali aluminosilicati, da ùn cunfonde micca cù u silicatu d'aluminiu)
●Zeolite LTA: 3–4 Å
●Vetru porosu: 10 Å (1 nm), è più
●Carbone attivu: 0–20 Å (0–2 nm), è più
●Argille
●Miscele di montmorillonite
●Halloysite (endelite): Si trovanu duie forme cumuni, quandu hè idratata l'argilla presenta una spaziatura di 1 nm trà i strati è quandu hè disidratata (meta-alloysite) a spaziatura hè di 0,7 nm. L'halloysite si trova naturalmente cum'è picculi cilindri chì anu un diametru mediu di 30 nm cù lunghezze trà 0,5 è 10 micrometri.
Materiale mesoporosu (2–50 nm)
Diossidu di siliciu (usatu per fà u gel di silice): 24 Å (2,4 nm)
Materiale macroporosu (>50 nm)
Silice macroporosa, 200–1000 Å (20–100 nm)
Applicazioni[mudificà]
I setacci moleculari sò spessu aduprati in l'industria petrolifera, in particulare per l'asciugatura di i flussi di gas. Per esempiu, in l'industria di u gasu naturale liquidu (GNL), u cuntenutu d'acqua di u gasu deve esse riduttu à menu di 1 ppmv per impedisce i blocchi causati da u ghjacciu o u clatrato di metanu.
In u laburatoriu, i setacci moleculari sò usati per asciugà u solvente. I "setacci" anu dimustratu d'esse superiori à e tecniche di asciugatura tradiziunali, chì spessu utilizanu disseccanti aggressivi.
Sottu u termine zeoliti, i setacci moleculari sò aduprati per una larga gamma di applicazioni catalitiche. Catalizanu l'isomerizazione, l'alchilazione è l'epossidazione, è sò aduprati in prucessi industriali à grande scala, cumpresi l'idrocracking è u cracking cataliticu fluidu.
Sò ancu usati in a filtrazione di l'aria di l'apparecchi respiratori, per esempiu quelli usati da i subacquei è i pompieri. In tali applicazioni, l'aria hè furnita da un compressore d'aria è hè passata per un filtru à cartuccia chì, secondu l'applicazione, hè pienu di setacciu moleculare è/o carbone attivatu, essendu infine adupratu per caricà i serbatoi d'aria respiratoria. Tale filtrazione pò rimuovere e particelle è i prudutti di scaricu di u compressore da l'aria di respirazione.
Approvazione di a FDA.
L'FDA di i Stati Uniti hà appruvatu, à partesi da u 1u d'aprile di u 2012, l'aluminosilicatu di sodiu per u cuntattu direttu cù l'articuli di cunsumu sottu à 21 CFR 182.2727. Prima di sta appruvazione, l'Unione Europea avia utilizatu setacci moleculari cù prudutti farmaceutici è testi indipendenti anu suggeritu chì i setacci moleculari rispondenu à tutti i requisiti di u guvernu, ma l'industria ùn era micca disposta à finanzià i testi costosi richiesti per l'approvazione di u guvernu.
Rigenerazione
I metudi per a rigenerazione di i setacci moleculari includenu u cambiamentu di pressione (cum'è in i concentratori d'ossigenu), u riscaldamentu è a spurgazione cù un gas vettore (cum'è quandu hè adupratu in a disidratazione di l'etanolu), o u riscaldamentu sottu altu vuotu. E temperature di rigenerazione varianu da 175 °C (350 °F) à 315 °C (600 °F) secondu u tipu di setacciu moleculare. In cuntrastu, u gel di silice pò esse rigeneratu riscaldendulu in un fornu regulare à 120 °C (250 °F) per duie ore. Tuttavia, certi tipi di gel di silice "scoppieranu" quandu sò esposti à abbastanza acqua. Questu hè causatu da a rottura di e sfere di silice quandu entranu in cuntattu cù l'acqua.
| Modellu | Diametru di i pori (Ångström) | Densità apparente (g/ml) | Acqua adsorbita (% p/p) | Attritu o abrasione, W(% p/p) | Usu |
| 3Å | 3 | 0,60–0,68 | 19–20 | 0,3–0,6 | Essiccazionedicracking di u petroliugasu è alcheni, adsorbimentu selettivu di H2O invetru isolante (IG)è poliuretanu, asciugatura dicarburante à etanoluper mischjà cù a benzina. |
| 4Å | 4 | 0,60–0,65 | 20–21 | 0,3–0,6 | Adsorbimentu di l'acqua inaluminosilicatu di sodiuchì hè appruvatu da a FDA (vedesottu) adupratu cum'è setacciu moleculare in cuntenitori medichi per mantene u cuntenutu asciuttu è cum'èadditivu alimentariuavèNumeru EE-554 (agente antiagglomerante); Preferitu per a disidratazione statica in sistemi chjusi di liquidi o gas, per esempiu, in l'imballaggio di medicinali, cumpunenti elettrichi è prudutti chimichi deperibili; eliminazione di l'acqua in sistemi di stampa è plastica è asciugatura di flussi di idrocarburi saturi. E spezie adsorbite includenu SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 è C3H6. Generalmente cunsideratu un agente essiccante universale in mezzi polari è non polari;[12]separazione digasu naturaleèalcheni, adsorbimentu di l'acqua in micca sensibili à l'azotupoliuretanu |
| 5Å-DW | 5 | 0,45–0,50 | 21–22 | 0,3–0,6 | Sgrassaggio è depressione di u puntu di scorrimentu dil'aviazione cheroseneègasoil, è a separazione di l'alcheni |
| 5 Å picculi arricchiti d'ossigenu | 5 | 0,4–0,8 | ≥23 | Appositamente cuncipitu per generatori d'ossigenu medichi o sanicitazione necessaria] | |
| 5Å | 5 | 0,60–0,65 | 20–21 | 0,3–0,5 | Essiccazione è purificazione di l'aria;disidratazioneèdesulfurazionedi gasu naturale ègasu di petroliu liquidu;ossigenuèidrogenupruduzzione daadsorbimentu di pressione variabileprucessu |
| 10X | 8 | 0,50–0,60 | 23–24 | 0,3–0,6 | Sorpzione à alta efficienza, aduprata in l'essiccazione, a decarburazione, a desulfurazione di gas è liquidi è a separazione diidrocarburu aromaticu |
| 13X | 10 | 0,55–0,65 | 23–24 | 0,3–0,5 | Essiccazione, desulfurazione è purificazione di gas di petroliu è gas naturale |
| 13X-AS | 10 | 0,55–0,65 | 23–24 | 0,3–0,5 | Decarburazioneè dissecazione in l'industria di separazione di l'aria, 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 | Edulcorazione(rimozione ditioli) dicarburante per l'aviazioneè currispundenteidrocarburi liquidi |
Capacità di adsorbimentu
3Å
Formula chimica apprussimativa: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3 • 2 SiO2 • 9/2 H2O
Rapportu silice-alumina: SiO2/ Al2O3≈2
Pruduzzione
I setacci moleculari 3A sò prudutti per scambiu di cationi dipotassiupersodiuin setacci moleculari 4A (vede quì sottu)
Usu
I setacci moleculari di 3 Å ùn adsorbenu micca e molecule chì i so diametri sò più grandi di 3 Å. E caratteristiche di sti setacci moleculari includenu una rapida velocità di adsorbimentu, una capacità di rigenerazione frequente, una bona resistenza à a schiacciatura èresistenza à l'inquinamentuQueste caratteristiche ponu migliurà sia l'efficienza sia a durata di vita di u setacciu. I setacci moleculari di 3 Å sò l'essiccante necessariu in l'industrie petrolifere è chimiche per a raffinazione di u petroliu, a polimerizazione è l'asciugatura chimica in prufundità gas-liquidu.
I setacci moleculari di 3 Å sò usati per asciugà una varietà di materiali, cum'èetanolu, aria,refrigeranti,gasu naturaleèidrocarburi insaturiQuesti ultimi includenu u gasu di cracking,acetilene,etilene,propileneèbutadiene.
U setacciu moleculare di 3 Å hè utilizatu per caccià l'acqua da l'etanolu, chì pò esse adupratu dopu direttamente cum'è biocarburante o indirettamente per pruduce diversi prudutti cum'è chimichi, alimenti, farmaceutici è altri. Siccomu a distillazione nurmale ùn pò micca caccià tutta l'acqua (un sottoproduttu indesideratu da a pruduzzione di etanolu) da i flussi di prucessu di etanolu per via di a furmazione di unazeotropuÀ circa 95,6 per centu di cuncentrazione in pesu, e perle di setacciu moleculare sò aduprate per separà l'etanolu è l'acqua à livellu moleculare adsorbendu l'acqua in e perle è permettendu à l'etanolu di passà liberamente. Una volta chì e perle sò piene d'acqua, a temperatura o a pressione ponu esse manipulate, permettendu à l'acqua di esse liberata da e perle di setacciu moleculare.[15]
I setacci moleculari di 3 Å sò almacenati à temperatura ambiente, cù una umidità relativa micca superiore à 90%. Sò sigillati sottu pressione ridutta, essendu tenuti luntanu da acqua, acidi è alcali.
4Å
Formula chimica: Na2O•Al2O3•2SiO2•9/2H2O
Rapportu siliciu-aluminiu: 1:1 (SiO2/ Al2O3≈2)
Pruduzzione
A pruduzzione di u setacciu di 4 Å hè relativamente simplice postu chì ùn richiede nè pressioni elevate nè temperature particularmente elevate. Tipicamente suluzioni acquose disilicatu di sodiuèaluminatu di sodiusò cumminati à 80 °C. U pruduttu impregnatu di solvente hè "attivatu" da a "cottura" à 400 °C. I setacci 4A servenu cum'è precursore di i setacci 3A è 5A attraversuscambiu di cationidisodiuperpotassiu(per 3A) ocalciu(per 5A)
Usu
Solventi di siccatura
I setacci moleculari di 4 Å sò largamente usati per asciugà i solventi di laburatoriu. Puderanu assorbe l'acqua è altre molecule cù un diametru criticu inferiore à 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 per agenti poliesteremudificà]
Questi setacci moleculari sò usati per aiutà i detergenti postu chì ponu pruduce acqua demineralizzata attraversucalciuscambiu ionicu, eliminanu è impediscenu a deposizione di sporcizia. Sò largamente usati per rimpiazzàfosforuU setacciu moleculare di 4 Å ghjoca un rollu maiò per rimpiazzà u tripolifosfatu di sodiu cum'è ausiliariu di detergente per mitigà l'impattu ambientale di u detergente. Pò ancu esse adupratu cum'èsaponeagente di furmazione è indentifriciu.
Trattamentu di rifiuti dannosi
I setacci moleculari di 4 Å ponu purificà l'acqua di scaricu di spezie cationiche cum'èammoniuioni, Pb2+, Cu2+, Zn2+ è Cd2+. A causa di l'alta selettività per NH4+ sò stati applicati cù successu in u campu per cumbatteeutrofizazioneè altri effetti in e vie navigabili per via di l'eccessivi ioni d'ammoniu. I setacci moleculari di 4 Å sò stati ancu aduprati per rimuovere l'ioni di metalli pesanti presenti in l'acqua per via di attività industriali.
Altri scopi
Uindustria metallurgicaagente separatore, separazione, estrazione di potassiu di salamoia,rubidiu,cesiu, ecc.
Industria petrochimica,catalizatore,dissecante, adsorbente
Agricultura:ammendante di u terrenu
Medicina: carica d'argentuzeoliteagente antibattericu.
5Å
Formula chimica: 0.7CaO•0.30Na2O•Al2O3•2.0SiO2•4.5H2O
Rapportu silice-alumina: SiO2/ Al2O3≈2
Pruduzzione
I setacci moleculari 5A sò prudutti per scambiu di cationi dicalciupersodiuin setacci moleculari 4A (vede sopra)
Usu
Cinque-ångströmI setacci moleculari (5 Å) sò spessu aduprati in upetroliuindustria, in particulare per a purificazione di flussi di gas è in u laburatoriu di chimica per a separazionecumpostiè materiali di partenza per a reazione di siccatura. Contenenu picculi pori di una dimensione precisa è uniforme, è sò principalmente aduprati cum'è adsorbente per gasi è liquidi.
I setacci moleculari di cinque ångström sò usati per asciugàgasu naturale, inseme cù a prestazionedesulfurazioneèdecarbonatazionedi u gasu. Puderanu ancu esse aduprati per separà miscele d'ossigenu, azotu è idrogenu, è n-idrocarburi d'oliu-cera da idrocarburi ramificati è policiclichi.
I setacci moleculari di cinque ångström sò conservati à temperatura ambiente, cù unumidità relativamenu di 90% in barili di cartone o imballaggi di cartone. I setacci moleculari ùn devenu micca esse esposti direttamente à l'aria è à l'acqua, l'acidi è l'alcali devenu esse evitati.
Morfologia di i setacci moleculari
I setacci moleculari sò dispunibili in diverse forme è dimensioni. Ma e perle sferiche anu un vantaghju annantu à altre forme perchè offrenu una caduta di pressione più bassa, sò resistenti à l'attritu perchè ùn anu micca bordi taglienti, è anu una bona resistenza, vale à dì chì a forza di schiacciamentu necessaria per unità di superficie hè più alta. Certi setacci moleculari à perle offrenu una capacità termica più bassa è dunque esigenze energetiche più basse durante a rigenerazione.
L'altru vantaghju di l'usu di setacci moleculari à perle hè chì a densità apparente hè generalmente più alta chè quella di altre forme, dunque per u listessu requisitu di adsorbimentu u vulume di setacciu moleculare necessariu hè menu. Cusì, mentre si face a de-bottlenecking, si ponu aduprà setacci moleculari à perle, caricà più adsorbente in u listessu vulume è evità qualsiasi mudificazione di u vasu.
Data di publicazione: 18 di lugliu di u 2023
