En molekylsikt är ett material med porer (mycket små hål) av enhetlig storlek

En molekylsikt är ett material med porer (mycket små hål) av enhetlig storlek. Dessa pordiametrar liknar storleken på små molekyler, och därför kan stora molekyler inte komma in i eller adsorberas, medan mindre molekyler kan. När en blandning av molekyler migrerar genom den stationära bädden av porös, halvfast substans som kallas en sikt (eller matris), lämnar komponenterna med den högsta molekylvikten (som inte kan passera in i de molekylära porerna) bädden först, följt av successivt mindre molekyler. Vissa molekylsiktar används i storleksuteslutningskromatografi, en separationsteknik som sorterar molekyler baserat på deras storlek. Andra molekylsilar används som torkmedel (några exempel inkluderar aktivt kol och silikagel).
Pordiametern på en molekylsikt mäts i ångströms (Å) eller nanometer (nm). Enligt IUPAC-notation har mikroporösa material pordiametrar på mindre än 2 nm (20 Å) och makroporösa material har pordiametrar som är större än 50 nm (500 Å); den mesoporösa kategorin ligger alltså i mitten med pordiametrar mellan 2 och 50 nm (20–500 Å).
Material
Molekylsilar kan vara mikroporöst, mesoporöst eller makroporöst material.
Mikroporöst material (
●Zeoliter (aluminiumsilikatmineraler, inte att förväxla med aluminiumsilikat)
●Zeolit ​​LTA: 3–4 Å
●Poröst glas: 10 Å (1 nm), och uppåt
●Aktivt kol: 0–20 Å (0–2 nm), och uppåt
●Leror
●Montmorillonitblandningar
●Halloysit (endelit): Två vanliga former finns, när leran är hydratiserad uppvisar leran ett avstånd på 1 nm mellan skikten och när det dehydreras (meta-halloysit) är avståndet 0,7 nm. Halloysit förekommer naturligt som små cylindrar med en diameter på i genomsnitt 30 nm med längder mellan 0,5 och 10 mikrometer.
Mesoporöst material (2–50 nm)
Kiseldioxid (används för att göra kiselgel): 24 Å (2,4 nm)
Makroporöst material (>50 nm)
Makroporös kiseldioxid, 200–1000 Å (20–100 nm)
Applikationer[redigera]
Molekylsilar används ofta inom petroleumindustrin, speciellt för torkning av gasströmmar. Till exempel i industrin för flytande naturgas (LNG) måste vattenhalten i gasen minskas till mindre än 1 ppmv för att förhindra blockeringar orsakade av is eller metanklatrat.
I laboratoriet används molekylsilar för att torka lösningsmedel. "Sivar" har visat sig vara överlägsna traditionella torkningstekniker, som ofta använder aggressiva torkmedel.
Under termen zeoliter används molekylsilar för ett brett spektrum av katalytiska tillämpningar. De katalyserar isomerisering, alkylering och epoxidering och används i storskaliga industriella processer, inklusive hydrokrackning och katalytisk vätskekrackning.
De används också vid filtrering av lufttillförsel till andningsapparater, till exempel sådana som används av dykare och brandmän. I sådana applikationer tillförs luften av en luftkompressor och passerar genom ett patronfilter som, beroende på applikation, är fyllt med molekylsil och/eller aktivt kol, som slutligen används för att ladda andningslufttankar. Sådan filtrering kan ta bort partiklar och kompressoravgasprodukter från andningslufttillförseln.
FDA-godkännande.
Den amerikanska FDA har från och med den 1 april 2012 godkänt natriumaluminatsilikat för direkt kontakt med förbrukningsartiklar enligt 21 CFR 182.2727. Före detta godkännande hade Europeiska unionen använt molekylsilar med läkemedel och oberoende tester antydde att molekylsilar uppfyller alla myndigheters krav men industrin hade varit ovillig att finansiera de dyra tester som krävdes för statligt godkännande.
Regeneration
Metoder för regenerering av molekylsiktar inkluderar tryckförändring (som i syrekoncentratorer), uppvärmning och rening med en bärargas (som när den används vid etanoldehydrering) eller uppvärmning under högvakuum. Regenereringstemperaturer sträcker sig från 175 °C (350 °F) till 315 °C (600 °F) beroende på molekylsiktstyp. Däremot kan kiselgel regenereras genom att värma den i en vanlig ugn till 120 °C (250 °F) i två timmar. Vissa typer av kiselgel kommer dock att "poppa" när de utsätts för tillräckligt med vatten. Detta orsakas av att kiseldioxidsfärerna går sönder när de kommer i kontakt med vattnet.

Modell	Pordiameter (Ångström)	Bulkdensitet (g/ml)	Adsorberat vatten (% vikt/vikt)	Nötning eller nötning, W(% vikt/vikt)	Användande
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Uttorkningavpetroleumsprickninggas och alkener, selektiv adsorption av H2O iisolerglas (IG)och polyuretan, torkning avetanolbränsleför blandning med bensin.
4Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Adsorption av vatten inatriumaluminatsilikatsom är godkänd av FDA (senedan) används som molekylsikt i medicinska behållare för att hålla innehållet torrt och somlivsmedelstillsatshaE-nummerE-554 (klumpförebyggande medel); Föredraget för statisk uttorkning i slutna vätske- eller gassystem, t.ex. vid förpackning av läkemedel, elektriska komponenter och lättfördärvliga kemikalier; vattenrening i tryck- och plastsystem och torkning av mättade kolväteströmmar. Adsorberade arter inkluderar SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 och C3H6. Generellt anses vara ett universellt torkmedel i polära och opolära medier;[12]separation avnaturgasochalkener, adsorption av vatten i icke-kvävekänsligapolyuretan
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Avfettning och flytpunktssänkning avflyg fotogenochdieseloch alkenseparation
5Å liten syreberikad	5	0,4–0,8	≥23		Speciellt utformad för medicinsk eller hälsosam syregenerator[citat behövs]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Torkning och rening av luft;uttorkningochavsvavlingav naturgas ochflytande petroleumgas;syreochväteproduktion avtrycksvängadsorptionbehandla
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Högeffektiv sorption, används vid uttorkning, avkolning, avsvavling av gas och vätskor och separation avaromatiskt kolväte
13X	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Torkning, avsvavling och rening av petroleumgas och naturgas
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Avkolningoch uttorkning inom luftseparationsindustrin, separation av kväve från syre i syrekoncentratorer
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Sötningsmedel(borttagning avtioler) avflygbränsleoch motsvarandeflytande kolväten

Adsorptionsförmåga

3Å

Ungefärlig kemisk formel: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3• 2 SiO2 • 9/2 H2O

Kiseldioxid-aluminiumoxidförhållande: SiO2/Al2O3≈2

Produktion

3A molekylsilar framställs genom katjonbyte avkaliumförnatriumi 4A molekylsiktar (se nedan)

Användande

3Å molekylsilar adsorberar inte molekyler vars diametrar är större än 3 Å. Egenskaperna hos dessa molekylsilar inkluderar snabb adsorptionshastighet, frekvent regenereringsförmåga, bra krossmotstånd ochföroreningsmotstånd. Dessa funktioner kan förbättra både effektiviteten och livslängden för sikten. 3Å molekylsilar är det nödvändiga torkmedlet i petroleum- och kemisk industri för raffinering av olja, polymerisation och kemisk gas-vätskedjuptorkning.

3Å molekylsilar används för att torka en rad olika material, som t.exetanol, luft,köldmedier,naturgasochomättade kolväten. De senare inkluderar krackningsgas,acetylen,eten,propenochbutadien.

3Å molekylsil används för att ta bort vatten från etanol, som senare kan användas direkt som biobränsle eller indirekt för att producera olika produkter som kemikalier, livsmedel, läkemedel med mera. Eftersom normal destillation inte kan avlägsna allt vatten (en oönskad biprodukt från etanolproduktion) från etanolprocessströmmar på grund av bildandet av enazeotropvid en koncentration av cirka 95,6 viktprocent används molekylsilpärlor för att separera etanol och vatten på molekylär nivå genom att adsorbera vattnet i pärlorna och låta etanolen passera fritt. När pärlorna väl är fulla med vatten kan temperaturen eller trycket manipuleras, vilket gör att vattnet kan släppas ut från molekylsilpärlorna.[15]

3Å molekylsilar förvaras i rumstemperatur, med en relativ fuktighet som inte överstiger 90 %. De är förseglade under reducerat tryck och hålls borta från vatten, syror och alkalier.

4Å

Kemisk formel: Na2O•Al2O3•2SiO2•9/2H2O

Silikon-aluminiumförhållande: 1:1 (SiO2/Al2O3≈2)

Produktion

Tillverkning av 4Å såll är relativt okomplicerad då det varken kräver höga tryck eller särskilt höga temperaturer. Typiskt vattenlösningar avnatriumsilikatochnatriumaluminatkombineras vid 80 °C. Den lösningsmedelsimpregnerade produkten "aktiveras" genom "gräddning" vid 400 °C 4A-siktar fungerar som prekursor till 3A- och 5A-siktar genomkatjonbyteavnatriumförkalium(för 3A) ellerkalcium(för 5A)

Användande

Torka lösningsmedel

4Å molekylsilar används i stor utsträckning för att torka laboratorielösningsmedel. De kan absorbera vatten och andra molekyler med en kritisk diameter mindre än 4 Å såsom NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 och C2H4. De används i stor utsträckning vid torkning, raffinering och rening av vätskor och gaser (som beredning av argon).

 

Tillsatser av polyestermedel[redigera]

Dessa molekylsilar används för att hjälpa rengöringsmedel eftersom de kan producera avmineraliserat vatten genomkalciumjonbyte, ta bort och förhindra avsättning av smuts. De används ofta för att ersättafosfor. 4Å molekylsikten spelar en viktig roll för att ersätta natriumtripolyfosfat som tvättmedelshjälpmedel för att mildra rengöringsmedlets miljöpåverkan. Den kan också användas som entvålformningsmedel och intandkräm.

Behandling av skadligt avfall

4Å molekylsilar kan rena avloppsvatten från katjoniska arter som t.exammoniumjoner, Pb2+, Cu2+, Zn2+ och Cd2+. På grund av den höga selektiviteten för NH4+ har de framgångsrikt använts i fält för att bekämpaövergödningoch andra effekter i vattendrag på grund av för mycket ammoniumjoner. 4Å molekylsilar har också använts för att avlägsna tungmetalljoner som finns i vatten på grund av industriell verksamhet.

Andra syften

Demetallurgisk industri: separeringsmedel, separation, extraktion av saltlake kalium,rubidium,cesium, etc.

petrokemisk industri,katalysator,torkmedeladsorbent

Lantbruk:jordbehandlingsmedel

Medicin: ladda silverzeolitantibakteriellt medel.

5Å

Kemisk formel: 0,7CaO•0,30Na2O•Al2O3•2,0SiO2 •4,5H2O

Kiseldioxid-aluminiumoxidförhållande: SiO2/Al2O3≈2

Produktion

5A molekylsilar produceras genom katjonbyte avkalciumförnatriumi 4A molekylsiktar (se ovan)

Användande

Fem-ångström(5Å) molekylsilar används ofta ipetroleumindustri, speciellt för rening av gasströmmar och i kemilaboratoriet för separeringföreningaroch torkning av reaktionsutgångsmaterial. De innehåller små porer av exakt och enhetlig storlek och används främst som adsorbent för gaser och vätskor.

Fem-ångströms molekylsilar används för att torkanaturgas, tillsammans med att uppträdaavsvavlingochdekarboneringav gasen. De kan också användas för att separera blandningar av syre, kväve och väte, och oljevax-n-kolväten från grenade och polycykliska kolväten.

Fem-ångströms molekylsilar förvaras i rumstemperatur, med enrelativ fuktighetmindre än 90 % i kartongfat eller kartongförpackningar. Molekylsilarna ska inte utsättas direkt för luft och vatten, syror och alkalier bör undvikas.

Morfologi av molekylsiktar

Molekylsilar finns i olika former och storlekar. Men de sfäriska pärlorna har fördelar jämfört med andra former eftersom de ger lägre tryckfall, är nötningsbeständiga eftersom de inte har några vassa kanter och har god hållfasthet, dvs. krosskraften som krävs per ytenhet är högre. Vissa pärlformade molekylsilar erbjuder lägre värmekapacitet och därmed lägre energibehov under regenerering.

Den andra fördelen med att använda pärlformade molekylsilar är att bulkdensiteten vanligtvis är högre än annan form, så för samma adsorptionskrav är molekylsilvolymen mindre. Så när man gör flaskhalsavlägsnande kan man använda pärlformade molekylsilar, ladda mer adsorbent i samma volym och undvika eventuella kärlmodifieringar.