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

Molekulaarsõel on materjal, millel on ühtlase suurusega poorid (väga väikesed augud). Need pooride läbimõõdud sarnanevad väikeste molekulidega ja seega ei saa suured molekulid siseneda ega adsorbeeruda, samas kui väiksemad molekulid võivad seda teha. Kui molekulide segu migreerub läbi poorse, pooltahke aine statsionaarse kihi, mida nimetatakse sõelaks (või maatriksiks), lahkuvad suurima molekulmassiga komponendid (mis ei suuda molekulaarsetesse pooridesse tungida) esimesena kihist, millele järgnevad järjest väiksemad molekulid. Mõnda molekulaarsõela kasutatakse suuruseralduskromatograafias, eraldusmeetodis, mis sorteerib molekule nende suuruse alusel. Muid molekulaarsõelu kasutatakse kuivatusainetena (mõned näited hõlmavad aktiivsütt ja silikageeli).
Molekulaarsõela pooride läbimõõtu mõõdetakse ångströmides (Å) või nanomeetrites (nm). Vastavalt IUPAC-i tähistusele on mikropoorsete materjalide pooride läbimõõt alla 2 nm (20 Å) ja makropoorsete materjalide pooride läbimõõt on suurem kui 50 nm (500 Å); mesopoorsed kategooriad asuvad seega keskel, pooride läbimõõt on vahemikus 2–50 nm (20–500 Å).
Materjalid
Molekulaarsõelad võivad olla mikropoorsed, mesopoorsed või makropoorsed materjalid.
Mikropoorne materjal (
●Tseoliidid (alumosilikaatmineraalid, mida ei tohi segi ajada alumiiniumsilikaadiga)
●Tseoliit LTA: 3–4 Å
●Poorne klaas: 10 Å (1 nm) ja rohkem
●Aktiivsüsi: 0–20 Å (0–2 nm) ja rohkem
●Savid
●Montmorilloniidi segud
● Halloysite (endelliit): Leitakse kahte levinumat vormi: hüdraadituna on savi kihtide vahekaugus 1 nm ja dehüdreeritud (meta-halloysiidi) vahekaugus on 0,7 nm. Halloysite esineb looduslikult väikeste silindritena, mille keskmine läbimõõt on 30 nm ja pikkus jääb vahemikku 0,5–10 mikromeetrit.
Mesopoorsed materjalid (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 vedelgaasi (LNG) tööstuses tuleb gaasi veesisaldust vähendada alla 1 ppmv, et vältida jääst või metaanklatraadist põhjustatud ummistusi.
Laboris kasutatakse lahusti kuivatamiseks molekulaarsõelu. "Sõelad" on osutunud paremaks traditsioonilistest kuivatusmeetoditest, milles kasutatakse sageli agressiivseid kuivatusaineid.
Tseoliitide mõiste all kasutatakse molekulaarsõelu paljudes katalüütilistes rakendustes. Need katalüüsivad isomerisatsiooni, alküülimist ja epoksüdatsiooni ning neid kasutatakse suuremahulistes tööstusprotsessides, sealhulgas hüdrokrakkimises ja vedelkatalüütilises krakkimises.
Neid kasutatakse ka hingamisaparaatide, näiteks sukeldujate ja tuletõrjujate kasutatavate õhuvarude filtreerimisel. Sellistes rakendustes juhitakse õhku õhukompressor ja see juhitakse läbi kassettfiltri, mis on olenevalt rakendusest täidetud molekulaarsõela ja/või aktiivsöega, mida kasutatakse lõpuks hingamisõhupaakide laadimiseks. Selline filtreerimine võib eemaldada tahked osakesed. ja kompressori heitgaasid hingamisõhuvarustusest.
FDA heakskiit.
USA FDA on alates 1. aprillist 2012 heaks kiitnud naatriumalumosilikaadi otseseks kokkupuuteks kulumaterjalidega alla 21 CFR 182.2727. Enne seda heakskiitu kasutas Euroopa Liit ravimitega molekulaarsõelu ja sõltumatud testid näitasid, et molekulaarsõelad vastavad kõigile valitsuse nõuetele, kuid tööstus ei olnud nõus rahastama valitsuse heakskiidu saamiseks vajalikke kulukaid katseid.
Taastumine
Molekulaarsõelte regenereerimise meetodid hõlmavad rõhu muutmist (nagu hapnikukontsentraatorites), kuumutamist ja läbipuhumist kandegaasiga (nagu kasutatakse etanooli dehüdratsioonil) või kuumutamist kõrgvaakumis. Regeneratsioonitemperatuurid on vahemikus 175 °C (350 °F) kuni 315 °C (600 °F), olenevalt molekulaarsõela tüübist. Seevastu silikageeli saab regenereerida, kuumutades seda tavalises ahjus kahe tunni jooksul temperatuuril 120 °C (250 °F). Kuid teatud tüüpi silikageelid "poppavad" piisava veega kokkupuutel. Selle põhjuseks on ränidioksiidi sfääride purunemine veega kokkupuutel.

Mudel	Poori läbimõõt (Ångström)	Puistetihedus (g/ml)	Adsorbeeritud vesi (% w/w)	Hõõrdumine või hõõrdumine, W(massiprotsent)	Kasutamine
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Kuivataminekohtanafta krakkiminegaas ja alkeenid, H2O selektiivne adsorptsioon sisseisoleeritud klaas (IG)ja polüuretaan, kuivatamineetanooli kütusbensiiniga segamiseks.
4Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Vee adsorptsioon sissenaatriumalumosilikaatmis on FDA poolt heaks kiidetud (vtallpool) kasutatakse meditsiinilistes mahutites molekulaarsõelana, et hoida sisu kuivana ja kuitoidu lisaainemillelE-numberE-554 (paakumisvastane aine); Eelistatud staatiliseks dehüdratsiooniks suletud vedeliku- või gaasisüsteemides, nt ravimite, elektrikomponentide ja kiiresti riknevate kemikaalide pakendites; vee eemaldamine trüki- ja plastisüsteemides ning küllastunud süsivesinike voogude kuivatamine. Adsorbeeritud liikide hulka kuuluvad SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 ja C3H6. Üldiselt peetakse universaalseks kuivatusaineks polaarses ja mittepolaarses keskkonnas;[12]eraldaminemaagaasjaalkeenid, vee adsorptsioon mittelämmastikutundlikespolüuretaan
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Rasvaärastus ja hangumispunkti languslennundus petrooleumjadiiselja alkeenide eraldamine
5Å väike hapnikuga rikastatud	5	0,4–0,8	≥23		Spetsiaalselt loodud meditsiinilise või tervisliku hapniku generaatori jaoks[tsitaat vaja]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Õhu kuivatamine ja puhastamine;dehüdratsioonjaväävlitustaminemaagaasist javedelgaas;hapnikkujavesiniktootmine pooltrõhu kõikumise adsorptsioonprotsessi
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Väga tõhus sorptsioon, mida kasutatakse gaaside ja vedelike kuivatamisel, dekarburiseerimisel, väävlitustamisel ja vedelike eraldamisel.aromaatne süsivesinik
13X	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	Karburiseerimineja kuivatamine õhueraldustööstuses, lämmastiku eraldamine hapnikust hapnikukontsentraatorites
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Magustav(eemaldaminetioolid) kohtalennukikütusja vastavadvedelad süsivesinikud

Adsorptsioonivõime

3Å

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

Räni-alumiiniumoksiidi suhe: SiO2/Al2O3≈2

Tootmine

3A molekulaarsõelad saadakse katioonivahetuse teelkaaliumjaoksnaatrium4A molekulaarsõelates (vt allpool)

Kasutamine

3Å molekulaarsõelad ei adsorbeeri molekule, mille läbimõõt on suurem kui 3 Å. Nende molekulaarsõelte omadused hõlmavad kiiret adsorptsioonikiirust, sagedast regenereerimisvõimet, head muljumiskindlust jareostuskindlus. Need omadused võivad parandada nii sõela tõhusust kui ka eluiga. 3Å molekulaarsõelad on nafta- ja keemiatööstuses vajalik kuivatusaine nafta rafineerimiseks, polümerisatsiooniks ja keemiliseks gaasi-vedeliku sügavuskuivatamiseks.

3Å molekulaarsõelu kasutatakse mitmesuguste materjalide kuivatamiseks, ntetanool, õhk,külmutusagensid,maagaasjaküllastumata süsivesinikud. Viimaste hulka kuuluvad krakkimisgaas,atsetüleen,etüleen,propüleenjabutadieen.

3Å molekulaarsõela kasutatakse etanoolist vee eemaldamiseks, mida saab hiljem kasutada otse biokütusena või kaudselt erinevate toodete, näiteks kemikaalide, toiduainete, ravimite ja muu tootmiseks. Kuna tavaline destilleerimine ei suuda eemaldada kogu vett (etanooli tootmise soovimatut kõrvalsaadust) etanooliprotsessi voogudest, kuna tekibaseotroopumbes 95,6 massiprotsendilise kontsentratsiooni juures kasutatakse molekulaarsõela helmeid etanooli ja vee eraldamiseks molekulaarsel tasemel, adsorbeerides vee helmestesse ja lastes etanoolil vabalt edasi liikuda. Kui helmed on vett täis, saab temperatuuri või rõhku reguleerida, võimaldades molekulaarsõela helmestest vett vabastada.[15]

3Å molekulaarsõelu säilitatakse toatemperatuuril, suhtelise õhuniiskusega mitte üle 90%. Need suletakse alandatud rõhu all, hoides eemal veest, hapetest ja leelistest.

4Å

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

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

Tootmine

4Å sõela valmistamine on suhteliselt lihtne, kuna see ei nõua kõrget rõhku ega eriti kõrgeid temperatuure. Tavaliselt vesilahusednaatriumsilikaatjanaatriumaluminaatkombineeritakse 80 °C juures. Lahustiga immutatud toode "aktiveeritakse" "küpsetamisega" temperatuuril 400 °C. 4A sõelud toimivad 3A ja 5A sõela eelkäijana.katioonivahetuskohtanaatriumjaokskaalium(3A jaoks) võikaltsium(5A jaoks)

Kasutamine

Kuivatavad lahustid

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

 

Polüesteraine lisandid[muuda]

Neid molekulaarsõelu kasutatakse detergentide abistamiseks, kuna need võivad toota läbi demineraliseeritud vettkaltsiumioonivahetus, eemaldada ja vältida mustuse ladestumist. Neid kasutatakse laialdaselt asendamiseksfosforit. 4Å molekulaarsõel mängib olulist rolli naatriumtripolüfosfaadi asendamisel pesuaine abiainena, et leevendada pesuaine keskkonnamõju. Seda saab kasutada ka aseepmoodustav aine ja sissehambapasta.

Kahjulike jäätmete töötlemine

4Å molekulaarsõelad võivad puhastada katioonsete liikide, näiteks, reovettammooniumioonid, Pb2+, Cu2+, Zn2+ ja Cd2+. Tänu suurele selektiivsusele NH4+ suhtes on neid edukalt kasutatud võitluseseutrofeerumineja muud liigsetest ammooniumiioonidest tingitud mõjud veeteedele. 4Å molekulaarsõelu on kasutatud ka tööstusliku tegevuse tõttu vees leiduvate raskmetallide ioonide eemaldamiseks.

Muud eesmärgid

Themetallurgiatööstus: eraldusaine, eraldamine, soolvee kaaliumi ekstraheerimine,rubiidium,tseesiumjne.

naftakeemiatööstus,katalüsaator,kuivatusaine, adsorbent

Põllumajandus:pinnase parandaja

Meditsiin: koormahõbetseoliitantibakteriaalne aine.

5Å

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

Räni-alumiiniumoksiidi suhe: SiO2/Al2O3≈2

Tootmine

5A molekulaarsõelad saadakse katioonivahetuse teelkaltsiumjaoksnaatrium4A molekulaarsõelates (vt ülal)

Kasutamine

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

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

Viie-ångströmi molekulaarsõelu säilitatakse toatemperatuuril koos asuhteline niiskusvähem kui 90% pappvaatides või kartongpakendites. Molekulaarsõelad ei tohi sattuda otse õhu ja veega, vältida tuleks happeid ja leeliseid.

Molekulaarsõelte morfoloogia

Molekulaarsõelad on saadaval erineva kuju ja suurusega. Kuid sfäärilistel helmestel on eelis teiste kujundite ees, kuna need pakuvad väiksemat rõhulangust, on hõõrdumiskindlad, kuna neil pole teravaid servi, ja neil on hea tugevus, st pinnaühiku kohta nõutav muljumisjõud on suurem. Teatud helmestega molekulaarsõelad pakuvad madalamat soojusmahtuvust ja seega väiksemat energiavajadust regenereerimise ajal.

Helmestega molekulaarsõelade kasutamise teine ​​eelis on puistetihedus, mis on tavaliselt suurem kui muul kujul, seega on sama adsorptsiooninõude jaoks vaja molekulaarsõela ruumala. Seega võib kitsaskohtade eemaldamise ajal kasutada helmestega molekulaarsõelu, laadida samas mahus rohkem adsorbenti ja vältida anuma modifikatsioone.