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 vergelijkbaar in grootte met die van kleine moleculen, waardoor grote moleculen er niet in kunnen komen of geadsorbeerd kunnen worden, terwijl kleinere moleculen dat wel kunnen. Wanneer een mengsel van moleculen door het stationaire bed van poreuze, halfvaste substantie, een zogenaamde zeef (of matrix), migreert, verlaten de componenten met het hoogste molecuulgewicht (die de moleculaire poriën niet kunnen passeren) het bed als eerste, gevolgd door steeds kleinere moleculen. Sommige moleculaire zeven worden gebruikt bij grootte-uitsluitingschromatografie, een scheidingstechniek die moleculen sorteert op basis van hun grootte. Andere moleculaire zeven worden gebruikt als droogmiddel (enkele voorbeelden zijn actieve kool en silicagel).
De poriediameter van een moleculaire zeef wordt gemeten in ångström (Å) of nanometer (nm). Volgens de IUPAC-notatie hebben microporeuze materialen een poriediameter kleiner dan 2 nm (20 Å) en macroporeuze materialen een poriediameter groter dan 50 nm (500 Å); de mesoporeuze categorie bevindt zich dus in het midden met poriediameters tussen 2 en 50 nm (20–500 Å).
Materialen
Moleculaire zeven kunnen bestaan ​​uit microporeus, mesoporeus of macroporeus materiaal.
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
●Kleien
●Montmorilloniet vermengt zich
●Halloysiet (endelliet): Er zijn twee veelvoorkomende vormen: in gehydrateerde toestand vertoont de klei een afstand van 1 nm tussen de lagen en in gedehydrateerde toestand (meta-halloysiet) is de afstand 0,7 nm. Halloysiet komt van nature voor als kleine cilinders met een gemiddelde diameter van 30 nm en een lengte 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)
Macroporeuze silica, 200–1000 Å (20–100 nm)
Toepassingen[bewerken]
Moleculaire zeven worden vaak gebruikt in de petroleumindustrie, met name voor het drogen van gasstromen. In de LNG-industrie (vloeibaar aardgas) moet het watergehalte van het gas bijvoorbeeld worden verlaagd tot minder dan 1 ppmv om verstoppingen door ijs of methaanclatraat te voorkomen.
In het laboratorium worden moleculaire zeven gebruikt om oplosmiddelen te drogen. "Zeven" blijken superieur te zijn aan traditionele droogtechnieken, die vaak agressieve droogmiddelen gebruiken.
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 de filtratie van luchttoevoer voor ademhalingsapparatuur, bijvoorbeeld die van duikers en brandweerlieden. In dergelijke toepassingen wordt de lucht aangevoerd door een luchtcompressor en door een filterpatroon geleid dat, afhankelijk van de toepassing, gevuld is met moleculaire zeef en/of actieve kool. Dit filter wordt uiteindelijk gebruikt om ademluchttanks te vullen. Deze filtratie kan deeltjes en compressoruitlaatproducten uit de ademlucht verwijderen.
FDA-goedkeuring.
De Amerikaanse FDA heeft met ingang van 1 april 2012 natriumaluminosilicaat goedgekeurd voor direct contact met verbruiksartikelen volgens 21 CFR 182.2727. Voorafgaand aan deze goedkeuring gebruikte de Europese Unie moleculaire zeven met farmaceutische producten en onafhankelijke tests wezen uit dat moleculaire zeven aan alle overheidseisen voldeden. De industrie was echter niet bereid de dure tests te financieren die vereist waren voor overheidsgoedkeuring.
Regeneratie
Methoden voor de regeneratie van moleculaire zeven omvatten drukverandering (zoals in zuurstofconcentratoren), verhitting en purgering met een draaggas (zoals bij gebruik bij ethanoldehydratie), of verhitting onder hoog vacuüm. Regeneratietemperaturen variëren van 175 °C (350 °F) tot 315 °C (600 °F), afhankelijk van het type moleculaire zeef. Silicagel daarentegen kan worden geregenereerd door het gedurende twee uur in een gewone oven te verhitten tot 120 °C (250 °F). Sommige soorten silicagel zullen echter "knappen" wanneer ze aan voldoende water worden blootgesteld. Dit wordt veroorzaakt door het breken van de silicabolletjes bij contact met het water.

Model	Poriediameter (Ångström)	Bulkdichtheid (g/ml)	Geadsorbeerd water (% gew./gew.)	Slijtage of slijtage, W(% gew./gew.)	Gebruik
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Uitdrogingvanpetroleumkrakengas en alkenen, selectieve adsorptie van H2O inisolatieglas (IG)en polyurethaan, drogen vanethanolbrandstofom met benzine te mengen.
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 te houden en alsvoedseladditiefhebbenE-nummerE-554 (antiklontermiddel); Aanbevolen voor statische dehydratie in gesloten vloeistof- of gassystemen, bijvoorbeeld bij het verpakken van medicijnen, elektrische componenten en bederfelijke chemicaliën; waterafvang in druk- en kunststofsystemen en het drogen van verzadigde koolwaterstofstromen. Geadsorbeerde stoffen omvatten SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 en C3H6. Over het algemeen beschouwd als een universeel droogmiddel in polaire en apolaire 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 vloeipuntverlaging vanluchtvaart kerosineEndiesel, en alkenenscheiding
5Å kleine zuurstofverrijkte	5	0,4–0,8	≥23		Speciaal ontworpen voor medische of gezonde zuurstofgeneratoren [bronvermelding nodig]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Uitdroging en zuivering van lucht;uitdrogingEnontzwavelingvan aardgas envloeibaar petroleumgas;zuurstofEnwaterstofproductie doordrukschommelingsadsorptieproces
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Zeer efficiënte 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 aardgas 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 zuurstofconcentratoren
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Zoetstof(verwijdering vanthiolen) vanvliegtuigbrandstofen overeenkomstigevloeibare koolwaterstoffen

Adsorptiemogelijkheden

3Å

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

Silica-alumina-verhouding: SiO2/ Al2O3≈2

Productie

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

Gebruik

Moleculaire zeven van 3 Å adsorberen geen moleculen met een diameter groter dan 3 Å. De kenmerken van deze moleculaire zeven zijn onder meer een hoge adsorptiesnelheid, een frequent regeneratievermogen, een goede breekweerstand envervuilingsbestendigheidDeze eigenschappen kunnen zowel de efficiëntie als de levensduur van de zeef verbeteren. Moleculaire zeven van 3Å zijn het noodzakelijke droogmiddel in de petroleum- en chemische industrie voor het raffineren van olie, polymerisatie en chemische gas-vloeistof dieptedroging.

Moleculaire zeven van 3Å worden gebruikt om een ​​reeks materialen te drogen, zoalsethanol, lucht,koelmiddelen,aardgasEnonverzadigde koolwaterstoffenTot de laatste behoren kraakgas,acetyleen,ethyleen,propyleenEnbutadieen.

Een 3Å moleculaire zeef wordt gebruikt om water uit ethanol te verwijderen, dat later direct als biobrandstof of indirect voor de productie van diverse producten zoals chemicaliën, voedingsmiddelen, farmaceutische producten en meer kan worden gebruikt. Omdat normale destillatie niet al het water (een ongewenst bijproduct van ethanolproductie) uit ethanolprocesstromen kan verwijderen vanwege de vorming van eenazeotroopMet een concentratie van ongeveer 95,6 gewichtsprocent 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 korrels vol water zitten, kan de temperatuur of druk worden aangepast, waardoor het water uit de moleculaire zeefkorrels kan ontsnappen.[15]

Moleculaire zeven van 3Å worden bewaard bij kamertemperatuur, met een relatieve vochtigheid van maximaal 90%. Ze worden onder verminderde druk bewaard en zijn beschermd tegen water, zuren en logen.

4Å

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

Silicium-aluminiumverhouding: 1:1 (SiO2/Al2O3≈2)

Productie

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

Gebruik

Droogoplosmiddelen

Moleculaire zeven van 4 Å worden veel gebruikt voor het drogen van oplosmiddelen in laboratoria. Ze kunnen water en andere moleculen met een kritische diameter kleiner 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).

 

Polyester additieven [bewerking]

Deze moleculaire zeven worden gebruikt om wasmiddelen te ondersteunen, omdat ze gedemineraliseerd water kunnen produceren doorcalciumIonenwisseling, verwijdert en voorkomt de afzetting van vuil. Ze worden veel gebruikt ter vervanging vanfosforDe 4Å moleculaire zeef speelt een belangrijke rol bij het vervangen van natriumtripolyfosfaat als hulpmiddel bij detergenten om de milieu-impact van het detergent te verminderen. Het kan ook worden gebruikt alszeepvormmiddel en intandpasta.

Behandeling van schadelijk afval

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

Andere doeleinden

Demetallurgische industrie: scheidingsmiddel, scheiding, extractie van pekelkalium,rubidium,cesium, enz.

Petrochemische industrie,katalysator,droogmiddel, adsorbens

Landbouw:bodemverbeteraar

Medicijn: zilver ladenzeolietantibacterieel middel.

5Å

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

Silica-alumina-verhouding: SiO2/ Al2O3≈2

Productie

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

Gebruik

Vijf-angst(5Å) moleculaire zeven worden vaak gebruikt in deaardolieindustrie, met name voor de zuivering van gasstromen en in het chemisch laboratorium voor het scheidenverbindingenen drogende reactie-uitgangsmaterialen. Ze bevatten kleine poriën van 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 het uitvoerenontzwavelingEndecarbonisatievan 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.

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

Morfologie van moleculaire zeven

Moleculaire zeven zijn verkrijgbaar in diverse vormen en maten. De bolvormige korrels hebben echter voordelen ten opzichte van andere vormen: ze bieden een lagere drukval, zijn slijtvast omdat ze geen scherpe randen hebben en hebben een goede sterkte, d.w.z. de benodigde drukkracht per oppervlakte-eenheid is hoger. Bepaalde moleculaire zeven met korrels bieden een lagere warmtecapaciteit en dus een lager energieverbruik tijdens de regeneratie.

Een ander voordeel van het gebruik van moleculaire zeven met kralen is dat de bulkdichtheid meestal hoger is dan bij andere vormen, waardoor voor dezelfde adsorptie-eis het benodigde moleculaire zeefvolume kleiner is. Tijdens het oplossen van knelpunten kan men dus moleculaire zeven met kralen gebruiken, meer adsorbens in hetzelfde volume laden en aanpassingen aan het vat vermijden.