Molekulaarsõel on materjal, mille poorid (väga väikesed augud) on ühtlase suurusega.

Molekulaarsõel on materjal, mille poorid (väga väikesed augud) on ühtlase suurusega. Nende pooride läbimõõdud on väikeste molekulidega sarnased ja seega ei saa suured molekulid siseneda ega adsorbeeruda, samas kui väiksemad molekulid saavad. Kui molekulide segu liigub läbi poorse pooltahke aine statsionaarse kihi, mida nimetatakse sõelaks (või maatriksiks), lahkuvad kihist kõigepealt suurima molekulmassiga komponendid (mis ei suuda molekulaarsetesse pooridesse siseneda), millele järgnevad järjest väiksemad molekulid. Mõnda molekulaarsõela kasutatakse suuruseralduskromatograafias, mis on eraldustehnika, mis sorteerib molekule nende suuruse alusel. Teisi molekulaarsõelu kasutatakse kuivatusainetena (mõned näited hõlmavad aktiivsütt ja silikageeli).
Molekulaarsõela pooride läbimõõtu mõõdetakse ångströmides (Å) või nanomeetrites (nm). IUPAC-i tähistuse kohaselt on mikropoorsete materjalide pooride läbimõõt alla 2 nm (20 Å) ja makropoorsete materjalide pooride läbimõõt üle 50 nm (500 Å); seega asub mesopoorsete materjalide kategooria keskel, pooride läbimõõdud jäävad vahemikku 2–50 nm (20–500 Å).
Materjalid
Molekulaarsõelad võivad olla mikro-, meso- või makropoorsed materjalid.
Mikropoorne materjal (
●Tseoliidid (alumiinosilikaatmineraalid, mitte segi ajada alumiiniumsilikaadiga)
●Tseoliidi LTA: 3–4 Å
●Poorne klaas: 10 Å (1 nm) ja rohkem
●Aktiivsüsi: 0–20 Å (0–2 nm) ja rohkem
●Savi
●Montmorilloniidi segud
●Hallosiit (endelliit): Esineb kahte levinud vormi: hüdreeritud savil on kihtide vahekaugus 1 nm ja dehüdreeritud savil (meta-halloisiit) 0,7 nm. Halloisiit esineb looduslikult väikeste silindritena, mille keskmine läbimõõt on 30 nm ja pikkus 0,5–10 mikromeetrit.
Mesopoorne materjal (2–50 nm)
Ränidioksiid (kasutatakse silikageeli valmistamiseks): 24 Å (2,4 nm)
Makropoorne materjal (>50 nm)
Makropoorne ränidioksiid, 200–1000 Å (20–100 nm)
Rakendused[redigeeri]
Molekulaarsõelu kasutatakse sageli naftatööstuses, eriti gaasivoogude kuivatamiseks. Näiteks veeldatud maagaasi (LNG) tööstuses tuleb gaasi veesisaldust vähendada alla 1 ppmv, et vältida jää või metaanklatraadi põhjustatud ummistusi.
Laboris kasutatakse lahustite kuivatamiseks molekulaarsõelu. "Sõelad" on osutunud paremaks kui traditsioonilised kuivatamistehnikad, mis sageli kasutavad agressiivseid kuivatusaineid.
Tseoliidideks nimetatud molekulaarsõelu kasutatakse laias valikus katalüütilistes rakendustes. Need katalüüsivad isomerisatsiooni, alküülimist ja epoksüdatsiooni ning neid kasutatakse suuremahulistes tööstusprotsessides, sealhulgas hüdrokrakkimises ja vedelkatalüütilises krakkimises.
Neid kasutatakse ka hingamisaparaatide õhuvarude filtreerimiseks, näiteks sukeldujate ja tuletõrjujate omade puhul. Sellistes rakendustes tarnitakse õhku õhukompressoriga, mis juhitakse läbi padrunfiltri, mis olenevalt rakendusest on täidetud molekulaarsõela ja/või aktiivsöega, ning mida lõpuks kasutatakse hingamisõhu balloonide täitmiseks. Selline filtreerimine võib eemaldada hingamisõhust osakesi ja kompressori heitgaase.
FDA heakskiit.
USA Toidu- ja Ravimiamet (FDA) on alates 1. aprillist 2012 heaks kiitnud naatriumaluminosilikaadi otseseks kokkupuuteks tarbekaupadega vastavalt standardile 21 CFR 182.2727. Enne seda heakskiitu oli Euroopa Liit kasutanud molekulaarsõelu ravimitega ja sõltumatud testid näitasid, et molekulaarsõelad vastavad kõigile valitsuse nõuetele, kuid tööstus ei olnud valmis rahastama valitsuse heakskiidu saamiseks vajalikke kalleid katseid.
Regenereerimine
Molekulaarsõelte regenereerimise meetodite hulka kuuluvad rõhu muutmine (nagu hapnikukontsentraatorites), kuumutamine ja läbipuhumine kandegaasiga (nagu etanooli dehüdratsioonil) või kuumutamine kõrgvaakumis. Regenereerimistemperatuurid jäävad vahemikku 175 °C (350 °F) kuni 315 °C (600 °F), olenevalt molekulaarsõela tüübist. Seevastu silikageeli saab regenereerida, kuumutades seda tavalises ahjus temperatuuril 120 °C (250 °F) kaks tundi. Mõned silikageeli tüübid võivad aga piisava koguse veega kokkupuutel "praguneda". Selle põhjuseks on silikageelisfääride purunemine veega kokkupuutel.

Mudel	Poori läbimõõt (Ångström)	Mahutihedus (g/ml)	Adsorbeeritud vesi (massiprotsent)	Hõõrdumine või abrasioon, W(massiprotsent)	Kasutus
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Kuivaminekohtanafta krakkiminegaas ja alkeenid, H2O selektiivne adsorptsioonisoleeritud klaas (IG)ja polüuretaan, kuivatamineetanoolkütusbensiiniga segamiseks.
4Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Vee adsorptsioonnaatriumaluminosilikaatmis on FDA poolt heaks kiidetud (vt.allpool) kasutatakse molekulaarsõelana meditsiinilistes mahutites sisu kuivana hoidmiseks jatoidulisandomamineE-numberE-554 (paakumisvastane aine); Eelistatud staatiliseks dehüdratsiooniks suletud vedelik- või gaasisüsteemides, nt ravimite, elektriliste komponentide ja kergesti riknevate kemikaalide pakendamisel; vee eemaldamiseks trüki- ja plastsüsteemides ning küllastunud süsivesinike voogude kuivatamisel. Adsorbeeritud liikide hulka kuuluvad SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 ja C3H6. Üldiselt peetakse universaalseks kuivatusaineks polaarsetes ja mittepolaarsetes keskkondades;[12]eraldaminemaagaasjaalkeenid, vee adsorptsioon mitte-lämmastikutundlikes keskkondadespolüuretaan
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Rasvaärastus ja hangumistemperatuuri languslennundus petrooleumjadiiselja alkeenide eraldamine
5Å väike hapnikuga rikastatud	5	0,4–0,8	≥23		Spetsiaalselt meditsiiniliseks või tervislikuks hapnikugeneraatoriks loodud [viidet vaja]
5 Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Õhu kuivatamine ja puhastamine;dehüdratsioonjaväävlitustaminemaagaasist javedelgaas;hapnikjavesiniktootminerõhu kõikumise adsorptsioonprotsess
10 korda	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Kõrgefektiivne sorptsioon, mida kasutatakse gaasi ja vedelike kuivatamisel, dekarboniseerimisel, väävlitustamisel ning eraldamiselaromaatne süsivesinik
13 korda	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Naftagaasi ja maagaasi kuivatamine, väävlitustamine ja puhastamine
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Dekarboniseerimineja kuivatamine õhu eraldamise tööstuses, lämmastiku eraldamine hapnikust hapnikukontsentraatorites
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Magustamine(eemaldaminetioolid) kohtalennukikütusja vastavadvedelad süsivesinikud

Adsorptsioonivõime

3Å

Ligikaudne keemiline valem: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3 • 2 SiO2 • 9/2 H2O

Ränidioksiidi ja alumiiniumoksiidi suhe: SiO2/ Al2O3≈2

Tootmine

3A molekulaarsõelad toodetakse katioonivahetuse teelkaaliumeestnaatrium4A molekulaarsõeltes (vt allpool)

Kasutus

3Å molekulaarsõelad ei adsorbeeri molekule, mille läbimõõt on suurem kui 3 Å. Nende molekulaarsõelte omaduste hulka kuuluvad kiire adsorptsioonikiirus, sagedane regenereerimisvõime, hea purunemiskindlus jareostuskindlusNeed omadused võivad parandada nii sõela efektiivsust kui ka eluiga. 3Å molekulaarsõelad on nafta- ja keemiatööstuses vajalik kuivatusaine nafta rafineerimiseks, polümerisatsiooniks ja keemiliseks gaasi-vedeliku sügavkuivatamiseks.

3Å molekulaarsõelu kasutatakse mitmesuguste materjalide kuivatamiseks, näiteksetanool, õhk,külmutusagensid,maagaasjaküllastumata süsivesinikudViimaste hulka kuuluvad krakkimisgaas,atsetüleen,etüleen,propüleenjabutadieen.

3Å molekulaarsõela kasutatakse vee eraldamiseks etanoolist, mida saab hiljem kasutada otse biokütusena või kaudselt mitmesuguste toodete, näiteks kemikaalide, toiduainete, ravimite ja muu tootmiseks. Kuna tavaline destilleerimine ei suuda etanooliprotsessi voogudest kogu vett (etanooli tootmise soovimatut kõrvalsaadust) eemaldada, kuna tekibaseotroopUmbes 95,6 massiprotsendilise kontsentratsiooniga molekulaarsõelgraanuleid kasutatakse etanooli ja vee eraldamiseks molekulaarsel tasandil, adsorbeerides vett graanulitesse ja lastes etanoolil vabalt läbi voolata. Kui graanulid on veega täidetud, saab temperatuuri või rõhku manipuleerida, võimaldades veel molekulaarsõelgraanulitest vabaneda.[15]

3Å molekulaarsõelu hoitakse toatemperatuuril, suhtelise õhuniiskuse juures mitte üle 90%. Need suletakse alandatud rõhu all, eemal veest, hapetest ja leelistest.

4Å

Keemiline valem: Na₂O•Al₂O₃•2SiO₂•9/2H₂O

Räni-alumiiniumi suhe: 1:1 (SiO2/ Al2O3≈2)

Tootmine

4Å sõela tootmine on suhteliselt lihtne, kuna see ei vaja ei kõrget rõhku ega eriti kõrgeid temperatuure. Tavaliselt on vaja vesilahuseidnaatriumsilikaatjanaatriumaluminaatühendatakse temperatuuril 80 °C. Lahustiga immutatud toodet "aktiveeritakse" "küpsetamise" teel temperatuuril 400 °C. 4A sõelad toimivad 3A ja 5A sõelte eelkäijana.katioonivahetuskohtanaatriumeestkaalium(3A jaoks) võikaltsium(5A jaoks)

Kasutus

Kuivatuslahustid

4Å molekulaarsõelu kasutatakse laialdaselt laborilahustite kuivatamiseks. Need suudavad absorbeerida vett ja teisi molekule, mille kriitiline läbimõõt on alla 4 Å, näiteks NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 ja C2H4. Neid kasutatakse laialdaselt vedelike ja gaaside kuivatamisel, rafineerimisel ja puhastamisel (näiteks argooni valmistamisel).

 

Polüesteri lisanditeredigeeri]

Neid molekulaarsõelu kasutatakse pesuvahendite abistamiseks, kuna need suudavad toota demineraliseeritud vettkaltsiumioonvahetus, eemaldab ja takistab mustuse ladestumist. Neid kasutatakse laialdaselt asendamiseksfosfor4Å molekulaarsõel mängib olulist rolli naatriumtripolüfosfaadi asendamisel pesuvahendi abiainena, et leevendada pesuvahendi keskkonnamõju. Seda saab kasutada ka ...seepmoodustav aine jahambapasta.

Kahjulike jäätmete käitlemine

4Å molekulaarsõelad suudavad puhastada reovett katioonsetest ühenditest, näiteksammooniumioonid, Pb2+, Cu2+, Zn2+ ja Cd2+. Tänu kõrgele selektiivsusele NH4+ suhtes on neid edukalt kasutatud välitöödeleutrofeerumineja muud liigsest ammooniumiioonidest tingitud mõjud veekogudele. 4Å molekulaarsõelu on kasutatud ka tööstustegevuse tõttu vees leiduvate raskmetalliioonide eemaldamiseks.

Muud eesmärgid

Seemetallurgiatööstuseraldusaine, eraldamine, soolvee kaaliumi ekstraheerimine,rubiidium,tseesiumjne.

Naftakeemiatööstus,katalüsaator,kuivatusaine, adsorbent

Põllumajandus:mullaomaduste parandaja

Meditsiin: hõbeda laadiminetseoliitantibakteriaalne aine.

5 Å

Keemiline valem: 0,7CaO•0,30Na2O•Al2O3•2,0SiO2•4,5H2O

Ränidioksiidi ja alumiiniumoksiidi suhe: SiO2/ Al2O3≈2

Tootmine

5A molekulaarsõelad toodetakse katioonivahetuse teelkaltsiumeestnaatrium4A molekulaarsõeltes (vt eespool)

Kasutus

Viis-ångström(5Å) molekulaarsõelu kasutatakse sagelinaftatööstuses, eriti gaasivoogude puhastamiseks ja keemialaboris eraldamiseksühendidja kuivamisreaktsiooni lähteained. Need sisaldavad täpse ja ühtlase suurusega pisikesi poore ning neid kasutatakse peamiselt gaaside ja vedelike adsorbendina.

Kuivatamiseks kasutatakse viie ångströmi molekulaarsõelumaagaaskoos esinemisegaväävlitustaminejadekarboniseeriminegaasist. Neid saab kasutada ka hapniku, lämmastiku ja vesiniku segude ning õli-vaha n-süsivesinike eraldamiseks hargnenud ja polütsüklilistest süsivesinikest.

Viie ångströmi molekulaarsõelu hoitakse toatemperatuuril koossuhteline õhuniiskusPapptünnides või kartongpakendis alla 90%. Molekulaarsõelasid ei tohiks otseselt õhu ja veega kokku puutuda, happeid ja leeliseid tuleks vältida.

Molekulaarsõelte morfoloogia

Molekulaarsõelasid on saadaval mitmesuguse kuju ja suurusega. Kuid sfäärilistel helmestel on teiste kujude ees eelis, kuna need pakuvad väiksemat rõhulangust, on kulumiskindlad, kuna neil pole teravaid servi, ja neil on hea tugevus, st pinnaühiku kohta vajalik purustusjõud on suurem. Teatud helmestega molekulaarsõelad pakuvad madalamat soojusmahtuvust, seega on regenereerimise ajal vaja vähem energiat.

Teine helmestega molekulaarsõelte kasutamise eelis on see, et nende puistetihedus on tavaliselt suurem kui teist tüüpi sõeltel, seega on sama adsorptsiooninõude jaoks vaja väiksemat molekulaarsõela mahtu. Seega saab kitsaskohtade kõrvaldamisel kasutada helmestega molekulaarsõelu, laadida samas mahus rohkem adsorbenti ja vältida anuma modifikatsioone.