Molekyyliseula on materiaali, jossa on samankokoisia huokosia (hyvin pieniä reikiä). Näiden huokosten halkaisijat ovat kooltaan samanlaisia kuin pienten molekyylien, joten suuret molekyylit eivät pääse sisään tai adsorboitumaan, kun taas pienemmät molekyylit voivat. Kun molekyyliseos kulkeutuu huokoisen, puolikiinteän aineen, jota kutsutaan seulaksi (tai matriisiksi), kiinteän kerroksen läpi, suurimman molekyylipainon omaavat komponentit (jotka eivät pääse molekyylihuokosiin) poistuvat kerroksesta ensin, ja sitten pienemmät molekyylit. Joitakin molekyyliseuloja käytetään kokoekskluusiokromatografiassa, erotustekniikassa, joka lajittelee molekyylit niiden koon perusteella. Toisia molekyyliseuloja käytetään kuivausaineina (esimerkkejä ovat aktiivihiili ja silikageeli).
Molekyyliseulan huokoshalkaisija mitataan ångströmeinä (Å) tai nanometreinä (nm). IUPAC-merkintäjärjestelmän mukaan mikrohuokoisten materiaalien huokoshalkaisija on alle 2 nm (20 Å) ja makrohuokoisten materiaalien yli 50 nm (500 Å); mesohuokoiset materiaalit sijoittuvat siis näiden kahden väliin, ja niiden huokoshalkaisijat ovat 2–50 nm (20–500 Å).
Materiaalit
Molekyyliseulat voivat olla mikrohuokoisia, mesohuokoisia tai makrohuokoisia materiaaleja.
Mikrohuokoinen materiaali (
●Zeoliitit (aluminosilikaattimineraalit, ei pidä sekoittaa alumiinisilikaattiin)
●Zeoliitin LTA: 3–4 Å
●Huokoinen lasi: 10 Å (1 nm) ja enemmän
●Aktiivihiili: 0–20 Å (0–2 nm) ja yli
●Savet
●Montmorilloniittien sekoitukset
●Halloysiitti (endelliitti): Savella on kaksi yleistä muotoa: hydratoituneena savena kerrosten välinen etäisyys on 1 nm ja dehydratoituneena (meta-halloysiitti) 0,7 nm. Halloysiittia 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:iin jään tai metaaniklatraatin aiheuttamien tukosten estämiseksi.
Laboratoriossa molekyyliseuloja käytetään liuottimien kuivaamiseen. "Seulojen" on osoitettu olevan parempia kuin perinteisten kuivaustekniikoiden, joissa usein käytetään aggressiivisia kuivausaineita.
Zeoliiteilla tarkoitetaan molekyyliseuloja, joita käytetään monenlaisissa katalyyttisissä sovelluksissa. Ne katalysoivat isomerointia, alkylointia ja epoksidointia, ja niitä käytetään laajamittaisissa teollisissa prosesseissa, kuten hydrokrakkauksessa ja nestekatalyyttisessä krakkauksessa.
Niitä käytetään myös hengityslaitteiden, esimerkiksi laitesukelluslaitteiden ja palomiesten, ilman suodatukseen. Tällaisissa sovelluksissa ilma syötetään ilmakompressorilla, joka johdetaan patruunasuodattimen läpi. Suodatin on sovelluksesta riippuen täytetty molekyyliseulalla ja/tai aktiivihiilellä, ja lopuksi ilmaa käytetään hengitysilmasäiliöiden täyttämiseen. Tällainen suodatus voi poistaa hiukkasia ja kompressorin pakokaasuja hengitysilmasta.
FDA:n hyväksyntä.
Yhdysvaltain FDA on 1. huhtikuuta 2012 alkaen hyväksynyt natriumalumiinisilikaatin suoraan kosketukseen kulutustavaroiden kanssa 21 CFR 182.2727 -standardin mukaisesti. Ennen tätä hyväksyntää Euroopan unioni oli käyttänyt molekyyliseuloja lääkkeiden kanssa, ja riippumattomat testit viittasivat siihen, että molekyyliseulat täyttävät kaikki hallituksen vaatimukset, mutta teollisuus ei ollut halukas rahoittamaan hallituksen hyväksyntää varten vaadittavia kalliita testejä.
Uudistuminen
Molekyyliseulojen regenerointimenetelmiin kuuluvat paineen muutos (kuten happikonsentraattoreissa), lämmitys ja huuhtelu kantajakaasulla (kuten etanolin kuivauksessa) tai lämmitys korkeassa tyhjiössä. Regenerointilämpötilat vaihtelevat 175 °C:sta (350 °F) 315 °C:seen (600 °F) molekyyliseulan tyypistä riippuen. Sitä vastoin silikageeliä voidaan regeneroida lämmittämällä sitä tavallisessa uunissa 120 °C:seen (250 °F) kahden tunnin ajan. Jotkut silikageelityypit kuitenkin "poksahtavat", kun ne altistuvat riittävälle määrälle vettä. Tämä johtuu piidioksidipallojen rikkoutumisesta, kun ne joutuvat kosketuksiin veden kanssa.
| Malli | Huokosten halkaisija (Ångström) | Irtotiheys (g/ml) | Adsorboitunut vesi (painoprosentti) | Käyttö | |
| 3 Å | 3 | 0,60–0,68 | 19–20 | 0,3–0,6 | Kuivuminenjostakinöljykrakkauskaasu ja alkeenit, H2O:n selektiivinen adsorptioeristyslasi (IG)ja polyuretaani, kuivuminenetanolipolttoainebensiinin kanssa sekoitettavaksi. |
| 4 Å | 4 | 0,60–0,65 | 20–21 | 0,3–0,6 | Veden adsorptionatriumalumiinisilikaattijoka on FDA:n hyväksymä (ks.alla) käytetään molekyyliseulana lääketieteellisissä säiliöissä sisällön pitämiseksi kuivana jaelintarvikelisäaineottaaE-numeroE-554 (paakkuuntumisenestoaine); Suositellaan staattiseen kuivaukseen suljetuissa neste- tai kaasujärjestelmissä, esim. lääkkeiden, sähkökomponenttien ja helposti pilaantuvien kemikaalien pakkauksissa; veden poistoon paino- ja muovijärjestelmissä sekä tyydyttyneiden hiilivetyvirtojen kuivaamisessa. Adsorboituneita lajeja ovat SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 ja C3H6. Yleisesti pidetään yleiskäyttöisenä kuivausaineena polaarisissa ja poolittomissa 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 erottaminen |
| 5Å pieni happirikastettu | 5 | 0,4–0,8 | ≥23 | Erityisesti lääketieteelliseen tai terveyteen tarkoitettuun happigeneraattoriin suunniteltu [viittaus tarvitaan] | |
| 5 Å | 5 | 0,60–0,65 | 20–21 | 0,3–0,5 | Ilman kuivaus ja puhdistus;nestehukkajarikinpoistomaakaasusta janestekaasu;happijavetytuotantopaineenvaihtelun adsorptiokäsitellä |
| 10 kertaa | 8 | 0,50–0,60 | 23–24 | 0,3–0,6 | Tehokas sorptio, jota käytetään kaasujen ja nesteiden kuivaamisessa, hiilenpoistossa, rikinpoistossa ja erottelussaaromaattinen hiilivety |
| 13 kertaa | 10 | 0,55–0,65 | 23–24 | 0,3–0,5 | Öljykaasun 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 happikonsentraattoreissa |
| Cu-13X | 10 | 0,50–0,60 | 23–24 | 0,3–0,5 | Makeutus(poistaminentiolit) /lentopolttoaineja vastaavatnestemäiset hiilivedyt |
Adsorptiokyky
3 Å
Arvioitu kemiallinen kaava: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3 • 2 SiO2 • 9/2 H2O
Piidioksidi-alumiinioksidisuhde: SiO2/ Al2O3≈2
Tuotanto
3A-molekyyliseulat valmistetaan kationinvaihdollakaliumvartennatrium4A molekyyliseuloissa (katso alla)
Käyttö
3 Å molekyyliseulat eivät adsorboi molekyylejä, joiden halkaisija on suurempi kuin 3 Å. Näiden molekyyliseulojen ominaisuuksiin kuuluvat nopea adsorptionopeus, tiheä regeneraatiokyky, hyvä murskauskestävyys jasaastumisenkestävyysNämä ominaisuudet voivat parantaa sekä seulan tehokkuutta että käyttöikää. 3 Å molekyyliseulat ovat välttämätön kuivausaine öljy- ja kemianteollisuudessa öljynjalostuksessa, polymeroinnissa ja kemiallisessa kaasu-neste-syväkuivauksessa.
3Å molekyyliseuloja käytetään erilaisten materiaalien kuivaamiseen, kutenetanoli, ilma,kylmäaineet,maakaasujatyydyttymättömät hiilivedytJälkimmäisiin kuuluvat krakkauskaasu,asetyleeni,eteeni,propyleenijabutadieeni.
3Å molekyyliseulaa käytetään veden poistamiseen 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 (etanolin tuotannon ei-toivottua sivutuotetta) etanolin prosessivirroista, koska muodostuuatseotroopinNoin 95,6 painoprosentin pitoisuudella molekyyliseulahelmiä käytetään etanolin ja veden erottamiseen molekyylitasolla adsorboimalla vesi helmiin ja antamalla etanolin virrata vapaasti. Kun helmet ovat täynnä vettä, lämpötilaa tai painetta voidaan manipuloida, jolloin vesi vapautuu molekyyliseulahelmistä.[15]
3Å molekyyliseuloja säilytetään huoneenlämmössä, suhteellisessa kosteudessa enintään 90 %. Ne suljetaan alennetussa paineessa erillään vedestä, hapoista ja emäksistä.
4 Å
Kemiallinen kaava: Na₂O•Al₂O₃•2SiO₂•9/2H₂O
Pii-alumiinisuhde: 1:1 (SiO2/ Al2O3≈2)
Tuotanto
4Å seulan valmistus on suhteellisen yksinkertaista, koska se ei vaadi korkeita paineita eikä erityisen korkeita lämpötiloja. Tyypillisesti vesiliuoksetnatriumsilikaattijanatriumaluminaattiyhdistetään 80 °C:ssa. Liuotinkyllästetty tuote "aktivoidaan" "paistamalla" 400 °C:ssa. 4A-seulat toimivat 3A- ja 5A-seulojen esiasteena.kationinvaihtojostakinnatriumvartenkalium(3A:lle) taikalsium(5A:lle)
Käyttö
Kuivausliuottimet
4Å molekyyliseuloja käytetään laajalti laboratorioliuottimien kuivaamiseen. Ne voivat absorboida vettä ja muita molekyylejä, joiden kriittinen halkaisija on alle 4 Å, kuten NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 ja C2H4. Niitä käytetään laajalti nesteiden ja kaasujen kuivaamisessa, jalostuksessa ja puhdistuksessa (kuten argonin valmistuksessa).
Polyesteriä sisältävät lisäaineetmuokata]
Näitä molekyyliseuloja käytetään pesuaineiden apuna, koska ne voivat tuottaa demineralisoitua vettäkalsiumioninvaihto, poistavat ja estävät lian kertymisen. Niitä käytetään laajalti korvaamaanfosfori4Å molekyyliseulalla on tärkeä rooli natriumtripolyfosfaatin korvaajana pesuaineen apuaineena pesuaineen ympäristövaikutusten lieventämiseksi. Sitä voidaan käyttää myössaippuamuodostava aine jahammastahna.
Haitallisen jätteen käsittely
4Å molekyyliseulat voivat puhdistaa jätevettä kationisista lajeista, kutenammoniumioneja, Pb2+, Cu2+, Zn2+ ja Cd2+. Korkean NH4+-selektiivisyytensä ansiosta niitä on käytetty menestyksekkäästi kentällä torjumaanrehevöityminenja muita liiallisten ammoniumionien aiheuttamia vaikutuksia vesistöissä. 4 Å molekyyliseuloja on käytetty myös teollisuustoiminnan aiheuttamien raskasmetalli-ionien poistamiseen vedestä.
Muut tarkoitukset
Themetallurginen teollisuuserotusaine, erotus, suolaliuoksen kaliumin uuttaminen,rubidium,cesium, jne.
Petrokemian teollisuus,katalyytti,kuivausaine, adsorbentti
Maatalous:maanparannusaine
Lääketiede: lataa hopeaazeoliittiantibakteerinen aine.
5 Å
Kemiallinen kaava: 0,7CaO•0,30Na2O•Al2O3•2,0SiO2•4,5H2O
Piidioksidi-alumiinioksidisuhde: SiO2/ Al2O3≈2
Tuotanto
5A-molekyyliseulat valmistetaan kationinvaihdollakalsiumvartennatrium4A molekyyliseuloissa (katso yllä)
Käyttö
Viisi-ångström(5Å) molekyyliseuloja käytetään useinmaaöljyteollisuudessa, erityisesti kaasuvirtojen puhdistuksessa ja kemian laboratoriossa erottelussayhdisteetja kuivausreaktion lähtöaineita. Ne sisältävät pieniä, tarkan ja tasaisen kokoisia huokosia, ja niitä käytetään pääasiassa kaasujen ja nesteiden adsorbentteina.
Viiden ångströmin molekyyliseuloja käytetään kuivaamiseenmaakaasu, esiintymisen ohellarikinpoistojahiilidioksidipäästöjen vähentäminenkaasusta. Niitä voidaan käyttää myös hapen, typen ja vedyn seosten sekä öljy-vaha-n-hiilivetyjen erottamiseen haarautuneista ja polysyklisistä hiilivedyistä.
Viiden ångströmin molekyyliseuloja säilytetään huoneenlämmössä, jasuhteellinen kosteusalle 90 % pahvitynnyreissä tai kartonkipakkauksissa. Molekyyliseuloja ei saa altistaa suoraan ilmalle ja vedelle, happoja ja emäksiä on vältettävä.
Molekyyliseulojen morfologia
Molekyyliseuloja on saatavilla eri muodoissa ja kokoisina. Mutta pallomaisilla helmillä on etuja muihin muotoihin verrattuna, koska niillä on pienempi painehäviö, ne ovat hankauskestäviä, koska niissä ei ole teräviä reunoja, ja niillä on hyvä lujuus eli pinta-alayksikköä kohti tarvittava murskausvoima on suurempi. Tietyillä helmimäisillä molekyyliseuloilla on alhaisempi lämpökapasiteetti, mikä vähentää energiantarvetta regeneroinnin aikana.
Helmimäisten molekyyliseulojen käytön toinen etu on, että niiden irtotiheys on yleensä suurempi kuin muun muotoisten molekyyliseulojen, joten samaan adsorptiovaatimukseen tarvittava molekyyliseulatilavuus on pienempi. Näin ollen pullonkaulojen poistamisessa voidaan käyttää helmimäisiä molekyyliseuloja, lisätä enemmän adsorbenttia samaan tilavuuteen ja välttää astian muutokset.
Julkaisun aika: 18.7.2023
