Een moleculaire zeef is een materiaal met poriën (zeer kleine gaatjes) van uniforme grootte

Een moleculaire zeef is een materiaal met poriën (zeer kleine gaatjes) van uniforme grootte. Deze poriediameters zijn qua grootte vergelijkbaar met kleine moleculen, en dus kunnen grote moleculen niet binnendringen of worden geadsorbeerd, terwijl kleinere moleculen dat wel kunnen. Terwijl een mengsel van moleculen door het stationaire bed van een poreuze, halfvaste substantie migreert, ook wel een zeef (of matrix) genoemd, verlaten de componenten met het hoogste molecuulgewicht (die niet in de moleculaire poriën kunnen dringen) het bed als eerste. gevolgd door achtereenvolgens kleinere moleculen. Sommige moleculaire zeven worden gebruikt bij chromatografie met uitsluiting op grootte, een scheidingstechniek die moleculen sorteert op basis van hun grootte. Andere moleculaire zeven worden gebruikt als droogmiddelen (enkele voorbeelden zijn actieve kool en silicagel).
De poriediameter van een moleculaire zeef wordt gemeten in ångströms (Å) of nanometers (nm). Volgens de IUPAC-notatie hebben microporeuze materialen poriediameters van minder dan 2 nm (20 Å) en hebben macroporeuze materialen poriediameters van meer dan 50 nm (500 Å); de mesoporeuze categorie ligt dus in het midden met poriediameters tussen 2 en 50 nm (20–500 Å).
Materialen
Moleculaire zeven kunnen microporeus, mesoporeus of macroporeus materiaal zijn.
Microporeus materiaal (
●Zeolieten (aluminosilicaatmineralen, niet te verwarren met aluminiumsilicaat)
●Zeoliet LTA: 3–4 Å
●Poreus glas: 10 Å (1 nm) en hoger
●Actieve koolstof: 0–20 Å (0–2 nm) en hoger
●Klei
●Montmorilloniet vermengt zich
●Halloysiet (endelliet): Er worden twee veel voorkomende vormen gevonden: bij hydratatie vertoont de klei een afstand van 1 nm tussen de lagen en bij uitdroging (meta-halloysiet) bedraagt ​​de afstand 0,7 nm. Halloysiet komt van nature voor als kleine cilinders met een gemiddelde diameter van 30 nm en lengtes tussen 0,5 en 10 micrometer.
Mesoporeus materiaal (2-50 nm)
Siliciumdioxide (gebruikt om silicagel te maken): 24 Å (2,4 nm)
Macroporeus materiaal (>50 nm)
Macroporeus silica, 200–1000 Å (20–100 nm)
toepassingen
Moleculaire zeven worden vaak gebruikt in de aardolie-industrie, vooral voor het drogen van gasstromen. In de vloeibaar aardgas (LNG)-industrie moet het watergehalte van het gas bijvoorbeeld worden teruggebracht tot minder dan 1 ppmv om verstoppingen veroorzaakt door ijs of methaanclathraat te voorkomen.
In het laboratorium worden moleculaire zeven gebruikt om oplosmiddel te drogen. "Zeven" hebben bewezen superieur te zijn aan traditionele droogtechnieken, waarbij vaak agressieve droogmiddelen worden gebruikt.
Onder de term zeolieten worden moleculaire zeven gebruikt voor een breed scala aan katalytische toepassingen. Ze katalyseren isomerisatie, alkylering en epoxidatie en worden gebruikt in grootschalige industriële processen, waaronder hydrokraken en vloeistofkatalytisch kraken.
Ze worden ook gebruikt bij het filteren van luchttoevoer voor ademhalingsapparatuur, bijvoorbeeld die gebruikt worden door duikers en brandweerlieden. Bij dergelijke toepassingen wordt lucht aangevoerd door een luchtcompressor en door een patroonfilter geleid dat, afhankelijk van de toepassing, is gevuld met moleculaire zeef en/of actieve kool, en uiteindelijk wordt gebruikt om ademluchttanks te vullen. Een dergelijke filtratie kan deeltjes verwijderen en compressoruitlaatproducten uit de ademluchttoevoer.
FDA-goedkeuring.
De Amerikaanse FDA heeft vanaf 1 april 2012 natriumaluminosilicaat goedgekeurd voor direct contact met verbruiksartikelen onder 21 CFR 182.2727. Voorafgaand aan deze goedkeuring had de Europese Unie moleculaire zeven met farmaceutische producten gebruikt en uit onafhankelijke tests bleek dat moleculaire zeven aan alle overheidsvereisten voldoen, maar de industrie was niet bereid de dure tests te financieren die nodig waren voor goedkeuring door de overheid.
Regeneratie
Methoden voor het regenereren van moleculaire zeven omvatten drukverandering (zoals in zuurstofconcentrators), verwarming en spoeling met een draaggas (zoals gebruikt bij dehydratatie van ethanol), of verwarming onder hoog vacuüm. Regeneratietemperaturen variëren van 175 °C (350 °F) tot 315 °C (600 °F), afhankelijk van het type moleculaire zeef. Daarentegen kan silicagel worden geregenereerd door het gedurende twee uur in een gewone oven tot 120 ° C (250 ° F) te verwarmen. Sommige soorten silicagel zullen echter "ploffen" als ze worden blootgesteld aan voldoende water. Dit wordt veroorzaakt door het breken van de silicabolletjes bij contact met water.

Model	Poriëndiameter (Ångström)	Bulkdichtheid (g/ml)	Geadsorbeerd water (% w/w)	Attritie of slijtage, W(% w/w)	Gebruik
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Uitdrogingvankraken van aardoliegas en alkenen, selectieve adsorptie van H2O inisolatieglas (IG)en polyurethaan, drogen vanethanol brandstofvoor het mengen met benzine.
4Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Adsorptie van water innatriumaluminosilicaatdie door de FDA is goedgekeurd (zieonderstaand) gebruikt als moleculaire zeef in medische containers om de inhoud droog en zo te houdenvoedsel additiefhebbenE-nummerE-554 (antiklontermiddel); Bij voorkeur voor statische dehydratie in gesloten vloeistof- of gassystemen, bijvoorbeeld bij het verpakken van medicijnen, elektrische componenten en bederfelijke chemicaliën; wateropvang in print- en kunststofsystemen en het drogen van verzadigde koolwaterstofstromen. Geadsorbeerde soorten omvatten SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 en C3H6. Algemeen beschouwd als een universeel droogmiddel in polaire en niet-polaire media;[12]scheiding vanaardgasEnalkenen, adsorptie van water in niet-stikstofgevoeligepolyurethaan
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Ontvetten en stolpuntverlaging vanluchtvaart kerosineEndieselen scheiding van alkenen
5Å klein met zuurstof verrijkt	5	0,4–0,8	≥23		Speciaal ontworpen voor medische of gezonde zuurstofgeneratoren[citaat nodig]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Uitdroging en zuivering van lucht;uitdrogingEnontzwavelingvan aardgas envloeibaar petroleumgas;zuurstofEnwaterstofproductie doordrukwisselingsadsorptieproces
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Hoogefficiënte sorptie, gebruikt bij uitdroging, ontkoling, ontzwaveling van gas en vloeistoffen en scheiding vanaromatische koolwaterstof
13X	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Uitdroging, ontzwaveling en zuivering van petroleumgas en aardgas
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Ontkolingen uitdroging in de luchtscheidingsindustrie, scheiding van stikstof van zuurstof in zuurstofconcentrators
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Zoetmakend(verwijdering vanthiolen) vanvliegtuigbrandstofen corresponderendvloeibare koolwaterstoffen

Adsorptiemogelijkheden

3Å

Geschatte chemische formule: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3• 2 SiO2 • 9/2 H2O

Verhouding silica-aluminiumoxide: SiO2/Al2O3≈2

Productie

3A moleculaire zeven worden geproduceerd door kationenuitwisseling vanpotassiumvoornatriumin 4A moleculaire zeven (zie hieronder)

Gebruik

3Å moleculaire zeven adsorberen geen moleculen waarvan de diameter groter is dan 3 Å. De kenmerken van deze moleculaire zeven omvatten een hoge adsorptiesnelheid, frequent regeneratievermogen, goede verbrijzelingsweerstand enweerstand tegen vervuiling. Deze eigenschappen kunnen zowel de efficiëntie als de levensduur van de zeef verbeteren. 3Å moleculaire zeven zijn het noodzakelijke droogmiddel in de aardolie- en chemische industrie voor het raffineren van olie, polymerisatie en chemische gas-vloeistofdieptedroging.

3Å moleculaire zeven worden gebruikt om een ​​reeks materialen te drogen, zoalsethanol, lucht,koelmiddelen,aardgasEnonverzadigde koolwaterstoffen. Deze laatste omvatten kraakgas,acetyleen,ethyleen,propyleenEnbutadieen.

Een moleculaire zeef van 3Å wordt gebruikt om water uit ethanol te verwijderen, wat later direct als biobrandstof of indirect kan worden gebruikt om verschillende producten te produceren, zoals chemicaliën, voedingsmiddelen, farmaceutische producten en meer. Aangezien normale destillatie niet al het water (een ongewenst bijproduct van de productie van ethanol) uit de ethanolprocesstromen kan verwijderen vanwege de vorming van eenazeotroopmet een concentratie van ongeveer 95,6 procent op gewichtsbasis worden moleculaire zeefkorrels gebruikt om ethanol en water op moleculair niveau te scheiden door het water in de korrels te adsorberen en de ethanol vrij te laten passeren. Zodra de kralen vol water zijn, kan de temperatuur of druk worden gemanipuleerd, waardoor het water uit de moleculaire zeefkorrels kan worden vrijgegeven.[15]

3Å moleculaire zeven worden bewaard bij kamertemperatuur, met een relatieve vochtigheid van niet meer dan 90%. Ze worden onder verminderde druk afgedicht en worden uit de buurt van water, zuren en logen gehouden.

4Å

Chemische formule: Na2O·Al2O3·2SiO2·9/2H2O

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

Productie

De productie van een 4Å-zeef is relatief eenvoudig omdat er geen hoge drukken of bijzonder hoge temperaturen voor nodig zijn. Meestal waterige oplossingen vannatriumsilicaatEnnatriumaluminaatworden gecombineerd bij 80 °C. Het met oplosmiddel geïmpregneerde product wordt "geactiveerd" door te "bakken" bij 400 °C. 4A-zeven dienen als voorloper van 3A- en 5A-zeven doorkationenuitwisselingvannatriumvoorpotassium(voor 3A) ofcalcium(voor 5A)

Gebruik

Drogende oplosmiddelen

4Å moleculaire zeven worden veel gebruikt om laboratoriumoplosmiddelen te drogen. Ze kunnen water en andere moleculen met een kritische diameter van minder dan 4 Å absorberen, zoals NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 en C2H4. Ze worden veel gebruikt bij het drogen, raffineren en zuiveren van vloeistoffen en gassen (zoals de bereiding van argon).

 

Additieven voor polyestermiddelen[bewerking]

Deze moleculaire zeven worden gebruikt als hulpmiddel bij wasmiddelen, omdat ze gedemineraliseerd water kunnen producerencalciumionenuitwisseling, verwijderen en voorkomen van vuilafzetting. Ze worden veel gebruikt ter vervangingfosfor. De 4Å moleculaire zeef speelt een belangrijke rol bij het vervangen van natriumtripolyfosfaat als wasmiddelhulpmiddel om de milieueffecten van het wasmiddel te verzachten. Het kan ook worden gebruikt als eenzeepvormmiddel en intandpasta.

Schadelijke afvalverwerking

4Å moleculaire zeven kunnen rioolwater zuiveren van kationische soorten zoalsammoniumionen, Pb2+, Cu2+, Zn2+ en Cd2+. Vanwege de hoge selectiviteit voor NH4+ worden ze met succes in de strijd ingezeteutrofiëringen andere effecten in waterwegen als gevolg van overmatige ammoniumionen. 4Å moleculaire zeven zijn ook gebruikt om zware metaalionen te verwijderen die in water aanwezig zijn als gevolg van industriële activiteiten.

Andere doeleinden

Demetallurgische industrie: scheidingsmiddel, scheiding, extractie van pekelkalium,rubidium,cesiumenz.

Petrochemische industrie,katalysator,droogmiddel, adsorbens

Landbouw:bodemverbeteraar

Geneeskunde: laad zilverzeolietantibacterieel middel.

5Å

Chemische formule: 0,7CaO•0,30Na2O•Al2O3•2,0SiO2 •4,5H2O

Verhouding silica-aluminiumoxide: SiO2/Al2O3≈2

Productie

5A moleculaire zeven worden geproduceerd door kationenuitwisseling vancalciumvoornatriumin 4A moleculaire zeven (zie hierboven)

Gebruik

Vijf-ångström(5Å) moleculaire zeven worden vaak gebruikt in deaardolieindustrie, vooral voor de zuivering van gasstromen en in het scheikundig laboratorium voor het scheidenverbindingenen het drogen van reactie-uitgangsmaterialen. Ze bevatten kleine poriën met een precieze en uniforme grootte en worden voornamelijk gebruikt als adsorbens voor gassen en vloeistoffen.

Voor het drogen worden moleculaire zeven van vijf ångström gebruiktaardgas, samen met optredenontzwavelingEndecarbonisatievan het gas. Ze kunnen ook worden gebruikt om mengsels van zuurstof, stikstof en waterstof, en olie-was-n-koolwaterstoffen te scheiden van vertakte en polycyclische koolwaterstoffen.

Moleculaire zeven van vijf ångström worden bij kamertemperatuur bewaard, met eenrelatieve vochtigheidminder dan 90% in kartonnen vaten of kartonnen verpakkingen. De moleculaire zeven mogen niet direct worden blootgesteld aan lucht en water, zuren en logen moeten worden vermeden.

Morfologie van moleculaire zeven

Moleculaire zeven zijn verkrijgbaar in diverse vormen en maten. Maar de bolvormige kralen hebben voordelen ten opzichte van andere vormen omdat ze een lagere drukval bieden, slijtvast zijn omdat ze geen scherpe randen hebben en een goede sterkte hebben, dat wil zeggen dat de vereiste drukkracht per oppervlakte-eenheid hoger is. Bepaalde moleculaire zeven met kralen bieden een lagere warmtecapaciteit en dus een lagere energiebehoefte tijdens regeneratie.

Het andere voordeel van het gebruik van moleculaire zeven met kralen is dat de bulkdichtheid meestal hoger is dan bij andere vormen, dus voor dezelfde adsorptie-eis is het vereiste moleculaire zeefvolume kleiner. Dus tijdens het wegnemen van knelpunten kan men moleculaire zeven met kralen gebruiken, meer adsorbens in hetzelfde volume laden en eventuele aanpassingen aan het vat vermijden.