Molekyyliseula on materiaali, jossa on samankokoisia huokosia (erittäin pieniä reikiä).

Molekyyliseula on materiaali, jossa on samankokoisia huokosia (erittäin pieniä reikiä). Nämä huokoshalkaisijat ovat kooltaan samanlaisia ​​kuin pienet molekyylit, joten suuret molekyylit eivät pääse sisään tai adsorboitua, kun taas pienemmät molekyylit voivat. Kun molekyyliseos kulkeutuu huokoisen, puolikiinteän aineen kiinteän kerroksen läpi, jota kutsutaan seulaksi (tai matriisiksi), suurimman molekyylipainon omaavat komponentit (jotka eivät pysty kulkeutumaan molekyylihuokosiin) poistuvat ensin kerroksesta, jota seuraa peräkkäin pienemmät molekyylit. Joitakin molekyyliseuloja käytetään kokoekskluusiokromatografiassa, erotustekniikassa, joka lajittelee molekyylit niiden koon perusteella. Muita molekyyliseuloja käytetään kuivausaineina (joitakin esimerkkejä ovat aktiivihiili ja silikageeli).
Molekyyliseulan huokoshalkaisija mitataan ångströmeinä (Å) tai nanometreinä (nm). IUPAC-merkinnän mukaan mikrohuokoisten materiaalien huokoshalkaisijat ovat alle 2 nm (20 Å) ja makrohuokoisten materiaalien huokoshalkaisijat ovat yli 50 nm (500 Å); mesohuokoinen luokka on siis keskellä, ja huokosten halkaisijat ovat välillä 2-50 nm (20-500 Å).
Materiaalit
Molekyyliseulat voivat olla mikrohuokoista, mesohuokoista tai makrohuokoista materiaalia.
Mikrohuokoinen materiaali (
●zeoliitit (aluminosilikaattimineraalit, ei pidä sekoittaa alumiinisilikaattiin)
●Zeoliitti LTA: 3–4 Å
●Huokoinen lasi: 10 Å (1 nm) ja enemmän
●Aktiivihiili: 0–20 Å (0–2 nm) ja enemmän
●Savit
●Montmorilloniittiseokset
● Halloysite (endelliitti): Löytyy kaksi yleistä muotoa, hydratoituna saven kerrosten välinen etäisyys on 1 nm ja dehydratoituna (meta-halloysite) etäisyys on 0,7 nm. Halloysite esiintyy luonnostaan ​​pieninä sylintereinä, joiden keskimääräinen halkaisija on 30 nm ja pituus 0,5-10 mikrometriä.
Mesohuokoinen materiaali (2–50 nm)
Piidioksidi (käytetään silikageelin valmistukseen): 24 Å (2,4 nm)
Makrohuokoinen materiaali (>50 nm)
Makrohuokoinen piidioksidi, 200–1000 Å (20–100 nm)
Sovellukset[muokkaa]
Molekyyliseuloja käytetään usein öljyteollisuudessa, erityisesti kaasuvirtojen kuivaamiseen. Esimerkiksi nestemäisen maakaasun (LNG) teollisuudessa kaasun vesipitoisuus on vähennettävä alle 1 ppmv:n jään tai metaaniklatraatin aiheuttamien tukosten estämiseksi.
Laboratoriossa liuottimen kuivaamiseen käytetään molekyyliseuloja. "Seulat" ovat osoittautuneet paremmiksi kuin perinteiset kuivaustekniikat, joissa käytetään usein aggressiivisia kuivausaineita.
Termillä zeoliitit molekyyliseuloja käytetään monenlaisiin katalyyttisiin sovelluksiin. Ne katalysoivat isomerointia, alkylointia ja epoksidaatiota, ja niitä käytetään laajamittaisissa teollisissa prosesseissa, mukaan lukien vetykrakkaus ja nestekatalyyttinen krakkaus.
Niitä käytetään myös hengityslaitteiden, esimerkiksi laitesukellusten ja palomiesten käyttämien ilmansaannin suodattamiseen. Tällaisissa sovelluksissa ilmaa syötetään ilmakompressorilla ja se johdetaan patruunasuodattimen läpi, joka sovelluksesta riippuen on täytetty molekyyliseulalla ja/tai aktiivihiilellä ja jota käytetään lopuksi hengitysilmasäiliöiden lataamiseen. Tällainen suodatus voi poistaa hiukkaset. ja kompressorin poistotuotteet hengitysilmasyötöstä.
FDA:n hyväksyntä.
Yhdysvaltain FDA on 1. huhtikuuta 2012 alkaen hyväksynyt natriumalumiinisilikaatin suoraan kosketukseen kulutushyödykkeiden kanssa alle 21 CFR 182.2727. Ennen tätä hyväksyntää Euroopan unioni oli käyttänyt molekyyliseuloja lääkkeiden kanssa, ja riippumattomat testit viittaavat siihen, että molekyyliseulat täyttävät kaikki hallituksen vaatimukset, mutta teollisuus ei ollut halukas rahoittamaan hallituksen hyväksynnän edellyttämiä kalliita testauksia.
Uusiutuminen
Menetelmiä molekyyliseulojen regeneroimiseksi ovat paineen muuttaminen (kuten happikonsentraattorissa), lämmitys ja huuhtelu kantokaasulla (kuten käytettäessä etanolin dehydraatiossa) tai kuumennus korkeassa tyhjiössä. Regenerointilämpötilat vaihtelevat välillä 175 °C (350 °F) - 315 °C (600 °F) molekyyliseulatyypistä riippuen. Sitä vastoin silikageeli voidaan regeneroida kuumentamalla sitä tavallisessa uunissa 120 °C:seen (250 °F) kahdeksi tunniksi. Jotkin silikageelityypit "poksahtavat" kuitenkin joutuessaan alttiiksi riittävälle vedelle. Tämä johtuu piidioksidipallojen rikkoutumisesta joutuessaan kosketuksiin veden kanssa.

Malli	Huokosten halkaisija (Ångström)	Bulkkitiheys (g/ml)	Adsorboitunut vesi (% w/w)	Hankaus tai hankaus, W(% w/w)	Käyttö
3Å	3	0,60–0,68	19-20	0,3–0,6	Kuivuminen/öljykrakkauskaasu ja alkeenit, H2O:n selektiivinen adsorptioeristetty lasi (IG)ja polyuretaani, kuivausetanoli polttoainebensiinin kanssa sekoittamiseen.
4Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Veden adsorptio sisäännatriumaluminosilikaattijoka on FDA:n hyväksymä (katsoalla) käytetään molekyyliseulana lääketieteellisissä astioissa pitämään sisällön kuivana ja sellaisenaelintarvikelisäainejoilla onE-numeroE-554 (paakkuuntumisenestoaine); Suositeltava staattiseen kuivaukseen suljetuissa neste- tai kaasujärjestelmissä, esim. lääkkeiden, sähkökomponenttien ja pilaantuvien kemikaalien pakkauksissa; vedenpoisto paino- ja muovijärjestelmissä sekä tyydyttyneiden hiilivetyvirtojen kuivaus. Adsorboituja lajeja ovat SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 ja C3H6. Yleisesti pidetty universaalina kuivausaineena polaarisissa ja ei-polaarisissa väliaineissa;[12]erottaminenmaakaasujaalkeenit, veden adsorptio ei-typpiherkissäpolyuretaani
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Rasvanpoisto ja jähmettymispisteen aleneminenilmailu kerosiinijadieselja alkeenien erotus
5Å pieni happirikastettu	5	0,4–0,8	≥23		Suunniteltu erityisesti lääketieteelliseen tai terveelliseen happigeneraattoriin[lainaus tarvitaan]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Ilman kuivaus ja puhdistus;nestehukkajarikinpoistomaakaasusta janestemäinen öljykaasu;happeajavetytuotannon tekijäpainevaihtelun adsorptiokäsitellä
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Tehokas sorptio, käytetään kuivaukseen, hiilenpoistoon, kaasun ja nesteiden rikinpoistoon jaaromaattinen hiilivety
13X	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Maaöljykaasun ja maakaasun kuivaus, rikinpoisto ja puhdistus
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Hiilenpoistoja kuivaus ilmanerotusteollisuudessa, typen erottaminen hapesta happirikastimissa
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Makeutus(poistotiolit) /lentopolttoainettaja vastaavanestemäiset hiilivedyt

Adsorptiokyky

3Å

Likimääräinen kemiallinen kaava: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3• 2 SiO2 • 9/2 H2O

Piidioksidi-alumiinioksidisuhde: SiO2/Al2O3≈2

Tuotanto

3A-molekyyliseulat valmistetaan kationinvaihdollakaliumiavartennatriumia4A molekyyliseuloissa (katso alla)

Käyttö

3Å molekyyliseulat eivät adsorboi molekyylejä, joiden halkaisija on suurempi kuin 3 Å. Näiden molekyyliseulojen ominaisuuksia ovat nopea adsorptionopeus, tiheä regeneraatiokyky, hyvä murskauskestävyys jasaastumiskestävyys. Nämä ominaisuudet voivat parantaa sekä tehokkuutta että seulan käyttöikää. 3Å molekyyliseulat ovat välttämätön kuivausaine öljy- ja kemianteollisuudessa öljyn jalostuksessa, polymeroinnissa ja kemiallisessa kaasu-neste-syvyyskuivauksessa.

3Å molekyyliseuloja käytetään useiden materiaalien kuivaamiseen, kutenetanoli, ilmaa,kylmäaineet,maakaasujatyydyttymättömät hiilivedyt. Jälkimmäisiin kuuluvat krakkauskaasu,asetyleeni,eteeni,propeenijabutadieeni.

3Å molekyyliseulaa käytetään poistamaan vettä etanolista, jota voidaan myöhemmin käyttää suoraan biopolttoaineena tai epäsuorasti erilaisten tuotteiden, kuten kemikaalien, elintarvikkeiden, lääkkeiden ja muiden valmistukseen. Koska normaali tislaus ei pysty poistamaan kaikkea vettä (epätoivottua etanolin tuotannon sivutuotetta) etanolin prosessivirroista johtuenatseotrooppinoin 95,6 painoprosentin pitoisuudella molekyyliseulahelmiä käytetään erottamaan etanolia ja vettä molekyylitasolla adsorboimalla vesi helmiin ja antamalla etanolin kulkea vapaasti. Kun helmet ovat täynnä vettä, lämpötilaa tai painetta voidaan manipuloida, jolloin vesi pääsee vapautumaan molekyyliseulahelmistä.[15]

3Å molekyyliseuloja säilytetään huoneenlämmössä, suhteellisessa kosteudessa enintään 90 %. Ne on suljettu alennetussa paineessa pitäen ne poissa vedestä, hapoista ja emäksistä.

4Å

Kemiallinen kaava: Na2O•Al2O3•2SiO2•9/2H2O

Pii-alumiinisuhde: 1:1 (SiO2/Al2O3≈2)

Tuotanto

4Å:n seulan valmistus on suhteellisen yksinkertaista, sillä se ei vaadi korkeita paineita eikä erityisen korkeita lämpötiloja. Tyypillisesti vesiliuoksetnatriumsilikaattijanatriumaluminaattiyhdistetään 80 °C:ssa. Liuottimella kyllästetty tuote "aktivoidaan" "paistamalla" 400 °C:ssa. 4A-seulat toimivat 3A- ja 5A-seulojen edeltäjänä.kationin vaihto/natriumiavartenkaliumia(3A:lle) taikalsiumia(5A:lle)

Käyttö

Kuivausliuottimet

4Å molekyyliseuloja käytetään laajalti laboratorioliuottimien kuivaamiseen. Ne voivat imeä vettä ja muita molekyylejä, joiden kriittinen halkaisija on alle 4 Å, kuten NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 ja C2H4. Niitä käytetään laajasti nesteiden ja kaasujen kuivaamiseen, jalostukseen ja puhdistukseen (kuten argonin valmistukseen).

 

Polyesteriainelisäaineet[muokata]

Näitä molekyyliseuloja käytetään pesuaineiden apuna, koska ne voivat tuottaa demineralisoitua vettä läpikalsiumiaioninvaihto, poistaa ja estää lian kertymistä. Niitä käytetään laajasti korvaamaanfosfori. 4Å:n molekyyliseulalla on tärkeä rooli natriumtripolyfosfaatin korvaamisessa pesuaineen apuaineena pesuaineen ympäristövaikutusten vähentämiseksi. Sitä voidaan käyttää myös asaippuamuodostusaine ja sisäänhammastahna.

Haitallisen jätteen käsittely

4Å:n molekyyliseulat voivat puhdistaa kationisten lajien, kuten esimammoniumionit, Pb2+, Cu2+, Zn2+ ja Cd2+. NH4+:n korkean selektiivisyyden vuoksi niitä on käytetty menestyksekkäästi kentällä taistelussarehevöityminenja muut vaikutukset vesistöihin, jotka johtuvat liiallisista ammonium-ioneista. 4Å molekyyliseuloja on käytetty myös poistamaan vedessä olevia raskasmetalli-ioneja teollisen toiminnan vuoksi.

Muut tarkoitukset

Themetallurginen teollisuus: erotusaine, erotus, suolaveden kaliumin uuttaminen,rubidium,cesiumjne.

Petrokemian teollisuus,katalyytti,kuivausaine, adsorbentti

Maatalous:maanparannusaine

Lääketiede: kuorma hopeaazeoliittiantibakteerinen aine.

5Å

Kemiallinen kaava: 0,7CaO•0,30Na2O•Al2O3•2,0SiO2 •4,5H2O

Piidioksidi-alumiinioksidisuhde: SiO2/Al2O3≈2

Tuotanto

5A molekyyliseulat valmistetaan kationinvaihdollakalsiumiavartennatriumia4A molekyyliseuloissa (katso yllä)

Käyttö

Viisi-ångström(5Å) molekyyliseuloja käytetään useinmaaöljyteollisuudessa, erityisesti kaasuvirtojen puhdistukseen ja kemian laboratoriossa erotukseenyhdisteitäja reaktion lähtöaineiden kuivaus. Ne sisältävät pieniä, tarkan ja tasakokoisia huokosia, ja niitä käytetään pääasiassa kaasujen ja nesteiden adsorbenttina.

Kuivumiseen käytetään viiden ångströmin molekyyliseulojamaakaasuesiintymisen ohellarikinpoistojahiilidioksidin poistokaasusta. Niitä voidaan käyttää myös erottelemaan hapen, typen ja vedyn seoksia sekä öljy-vaha-n-hiilivetyjä haarautuneista ja polysyklisistä hiilivedyistä.

Viiden ångströmin molekyyliseuloja säilytetään huoneenlämmössä asuhteellinen kosteusalle 90 % pahvitynnyreissä tai kartonkipakkauksissa. Molekyyliseuloja ei saa altistaa suoraan ilmalle ja vedelle, happoja ja emäksiä tulee välttää.

Molekyyliseulojen morfologia

Molekyyliseuloja on saatavana erimuotoisina ja -kokoisina. Mutta pallomaisilla helmillä on etu muihin muotoihin verrattuna, koska ne tarjoavat pienemmän painehäviön, ovat hankauskestäviä, koska niissä ei ole teräviä reunoja, ja niillä on hyvä lujuus, eli pinta-alayksikköä kohti vaadittava puristusvoima on suurempi. Tietyt helmillä varustetut molekyyliseulat tarjoavat alhaisemman lämpökapasiteetin, mikä vähentää energian tarvetta regeneroinnin aikana.

Toinen helmillä varustettujen molekyyliseulojen käytön etu on, että irtotiheys on yleensä suurempi kuin muu muoto, joten samaan adsorptiovaatimuksiin tarvitaan pienempi molekyyliseulan tilavuus. Siten pullonkaulojen poistamisen aikana voidaan käyttää helmillä varustettuja molekyyliseuloja, ladata enemmän adsorbenttia samaan tilavuuteen ja välttää astian muutoksia.