Unha peneira molecular é un material con poros (buratos moi pequenos) de tamaño uniforme

Unha peneira molecular é un material con poros (buratos moi pequenos) de tamaño uniforme. Estes diámetros de poros son similares en tamaño ás moléculas pequenas e, polo tanto, as moléculas grandes non poden entrar ou ser adsorbidas, mentres que as moléculas máis pequenas poden. A medida que unha mestura de moléculas migra a través do leito estacionario de substancia porosa e semisólida denominada peneira (ou matriz), os compoñentes de maior peso molecular (que non poden pasar aos poros moleculares) abandonan o leito primeiro. seguido de moléculas sucesivamente máis pequenas. Algúns tamices moleculares utilízanse na cromatografía de exclusión de tamaño, unha técnica de separación que clasifica as moléculas en función do seu tamaño. Outras peneiras moleculares utilízanse como desecantes (algúns exemplos inclúen carbón activado e xel de sílice).
O diámetro dos poros dunha peneira molecular mídese en ångströms (Å) ou nanómetros (nm). Segundo a notación IUPAC, os materiais microporosos teñen diámetros de poros inferiores a 2 nm (20 Å) e os materiais macroporosos teñen diámetros de poros superiores a 50 nm (500 Å); a categoría mesoporosa sitúase así no medio con diámetros de poros entre 2 e 50 nm (20–500 Å).
Materiais
Os tamices moleculares poden ser materiais microporosos, mesoporosos ou macroporosos.
material microporoso (
●Zeolitas (minerais de aluminosilicato, que non deben confundirse con silicato de aluminio)
●Zeolita LTA: 3–4 Å
●Vidro poroso: 10 Å (1 nm), e máis
●Carbón activo: 0–20 Å (0–2 nm), e máis
●Arxilas
●Montmorillonita entremesturas
●Haloysite (endelita): Atópanse dúas formas comúns, cando se hidrata a arxila presenta un espazamento de 1 nm entre as capas e cando se deshidrata (meta-halloysite) a separación é de 0,7 nm. A aloisita ocorre naturalmente como pequenos cilindros que teñen unha media de 30 nm de diámetro con lonxitudes entre 0,5 e 10 micrómetros.
Material mesoporoso (2–50 nm)
Dióxido de silicio (usado para facer xel de sílice): 24 Å (2,4 nm)
Material macroporoso (>50 nm)
Sílice macroporosa, 200–1000 Å (20–100 nm)
Aplicacións[editar]
As peneiras moleculares utilízanse a miúdo na industria do petróleo, especialmente para secar correntes de gas. Por exemplo, na industria do gas natural líquido (GNL), o contido de auga do gas debe reducirse a menos de 1 ppmv para evitar bloqueos causados ​​polo xeo ou o clatrato de metano.
No laboratorio, utilízanse peneiras moleculares para secar o disolvente. As "peneiras" demostraron ser superiores ás técnicas tradicionais de secado, que adoitan empregar desecantes agresivos.
Baixo o termo zeolitas, as peneiras moleculares úsanse para unha ampla gama de aplicacións catalíticas. Catalizan a isomerización, a alquilación e a epoxidación, e úsanse en procesos industriais a gran escala, incluíndo o hidrocraqueo e o craqueo catalítico fluído.
Tamén se utilizan na filtración de subministracións de aire para aparellos de respiración, por exemplo os que utilizan os mergulladores e os bombeiros. Nestas aplicacións, o aire é subministrado por un compresor de aire e pasa a través dun filtro de cartucho que, segundo a aplicación, énchese con peneira molecular e/ou carbón activado, e finalmente se utiliza para cargar tanques de aire respirable. Esta filtración pode eliminar partículas. e produtos de escape do compresor procedentes da subministración de aire respirable.
Aprobación da FDA.
A FDA dos Estados Unidos aprobou a partir do 1 de abril de 2012 o aluminosilicato de sodio para o contacto directo con artigos consumibles baixo a norma 21 CFR 182.2727. Antes desta aprobación, a Unión Europea utilizara peneiras moleculares con produtos farmacéuticos e probas independentes suxeriron que as peneiras moleculares cumpren todos os requisitos gobernamentais, pero a industria non estaba disposta a financiar as probas caras necesarias para a aprobación do goberno.
Rexeneración
Os métodos para a rexeneración das peneiras moleculares inclúen o cambio de presión (como nos concentradores de osíxeno), o quecemento e purga cun gas portador (como cando se usa na deshidratación de etanol) ou o quecemento a alto baleiro. As temperaturas de rexeneración oscilan entre 175 °C (350 °F) e 315 °C (600 °F), dependendo do tipo de peneira molecular. Pola contra, o xel de sílice pódese rexenerar quentándoo nun forno normal a 120 °C (250 °F) durante dúas horas. Non obstante, algúns tipos de xel de sílice "explotarán" cando se expoñan a suficiente auga. Isto é causado pola rotura das esferas de sílice ao entrar en contacto coa auga.

Modelo	Diámetro de poro (Ångström)	Densidade aparente (g/ml)	Auga adsorbida (% p/p)	Desgaste ou abrasión, W(% p/p)	Uso
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Desecaciónderachadura do petróleogas e alquenos, adsorción selectiva de H2O envidro illado (IG)e poliuretano, secado decombustible de etanolpara mesturar con gasolina.
4Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Adsorción de auga enaluminosilicato de sodioque está aprobado pola FDA (verabaixo) usado como peneira molecular en recipientes médicos para manter o contido seco e asaditivo alimentariotendoNúmero EE-554 (antiaglomerante); Preferido para a deshidratación estática en sistemas de líquido ou gas pechados, por exemplo, en envases de medicamentos, compoñentes eléctricos e produtos químicos perecedoiros; captación de auga en sistemas de impresión e plásticos e secado de correntes de hidrocarburos saturados. As especies adsorbidas inclúen SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 e C3H6. Xeralmente considerado un axente de secado universal en medios polares e non polares;[12]separación degas naturalealquenos, adsorción de auga en non sensibles ao nitróxenopoliuretano
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Desengraxado e depresión do punto de vertidoaviación querosenoediésel, e separación de alquenos
5Å pequeno enriquecido con osíxeno	5	0,4–0,8	≥23		Especialmente deseñado para xeradores de osíxeno médicos ou saudables[cita necesaria]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	desecación e purificación do aire;deshidrataciónedesulfuraciónde gas natural egas licuado de petróleo;osíxenoehidróxenoprodución poradsorción de oscilación de presiónproceso
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Absorción de alta eficiencia, utilizada na desecación, descarburación, desulfuración de gases e líquidos e separación dehidrocarburo aromático
13X	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Desecación, desulfuración e depuración de gas de petróleo e gas natural
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Descarburacióne desecación na industria de separación de aire, separación de nitróxeno do osíxeno en concentradores de osíxeno
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Edulcorante(eliminación detioles) decombustible de aviacióne correspondentehidrocarburos líquidos

Capacidades de adsorción

3Å

Fórmula química aproximada: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3• 2 SiO2 • 9/2 H2O

Relación sílice-alúmina: SiO2/Al2O3≈2

Produción

Os tamices moleculares 3A prodúcense por intercambio catiónico depotasioparasodioen peneiras moleculares 4A (ver máis abaixo)

Uso

Os tamices moleculares de 3Å non adsorben moléculas cuxos diámetros sexan maiores de 3 Å. As características destes tamices moleculares inclúen unha rápida velocidade de adsorción, a capacidade de rexeneración frecuente, unha boa resistencia ao esmagamento eresistencia á contaminación. Estas características poden mellorar tanto a eficiencia como a vida útil da peneira. As peneiras moleculares de 3Å son o desecante necesario nas industrias químicas e petrolíferas para o refino de petróleo, a polimerización e o secado en profundidade químico gas-líquido.

As peneiras moleculares de 3Å úsanse para secar unha variedade de materiais, comoetanol, aire,refrixerantes,gas naturalehidrocarburos insaturados. Estes últimos inclúen o gas de craqueo,acetileno,etileno,propilenoebutadieno.

A criba molecular de 3Å utilízase para eliminar a auga do etanol, que posteriormente pode usarse directamente como biocombustible ou indirectamente para producir diversos produtos como produtos químicos, alimentos, produtos farmacéuticos, etc. Dado que a destilación normal non pode eliminar toda a auga (un subproduto indesexable da produción de etanol) das correntes do proceso de etanol debido á formación dunazeótropoao redor do 95,6 por cento de concentración en peso, as perlas de peneira molecular utilízanse para separar o etanol e a auga a nivel molecular, absorbendo a auga nas perlas e permitindo que o etanol pase libremente. Unha vez que as perlas están cheas de auga, pódese manipular a temperatura ou a presión, permitindo que a auga se libere das perlas da peneira molecular.[15]

As peneiras moleculares de 3Å almacénanse a temperatura ambiente, cunha humidade relativa non superior ao 90%. Están selados a presión reducida, mantendo lonxe de auga, ácidos e álcalis.

4Å

Fórmula química: Na2O•Al2O3•2SiO2•9/2H2O

Relación silicio-aluminio: 1:1 (SiO2/ Al2O3≈2)

Produción

A produción de peneira de 4Å é relativamente sinxela xa que non require altas presións nin temperaturas particularmente altas. Normalmente solucións acuosas desilicato de sodioealuminato de sodiocombínanse a 80 °C. O produto impregnado de disolvente "actívase" ao "cocer" a 400 °C. Os tamices 4A serven como precursores dos tamices 3A e 5A.intercambio catiónicodesodioparapotasio(para 3A) oucalcio(para 5A)

Uso

Disolventes de secado

As peneiras moleculares de 4Å úsanse amplamente para secar disolventes de laboratorio. Poden absorber auga e outras moléculas cun diámetro crítico inferior a 4 Å como NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 e C2H4. Son amplamente utilizados no secado, refinado e purificación de líquidos e gases (como a preparación de argón).

 

Aditivos de poliéster[editar]

Estes tamices moleculares úsanse para axudar aos deterxentes xa que poden producir auga desmineralizadacalciointercambio iónico, eliminar e evitar a deposición de sucidade. Son amplamente utilizados para substituírfósforo. A peneira molecular de 4Å xoga un papel importante para substituír o tripolifosfato de sodio como auxiliar de deterxente para mitigar o impacto ambiental do deterxente. Tamén se pode usar como axabónaxente formador e enpasta de dentes.

Tratamento de residuos nocivos

As peneiras moleculares de 4Å poden purificar as augas residuais de especies catiónicas comoamonioións, Pb2+, Cu2+, Zn2+ e Cd2+. Debido á alta selectividade para o NH4+ aplicáronse con éxito no campo para combatereutrofizacióne outros efectos nas vías fluviales debidos ao exceso de ións amonio. Tamén se utilizaron peneiras moleculares de 4Å para eliminar os ións de metais pesados ​​presentes na auga debido ás actividades industriais.

Outros fins

Oindustria metalúrxica: axente separador, separación, extracción de salmoira de potasio,rubidio,cesio, etc.

industria petroquímica,catalizador,desecante, adsorbente

Agricultura:acondicionador do solo

Medicina: carga de pratazeolitaaxente antibacteriano.

5Å

Fórmula química: 0,7CaO•0,30Na2O•Al2O3•2,0SiO2 •4,5H2O

Relación sílice-alúmina: SiO2/Al2O3≈2

Produción

Os tamices moleculares 5A prodúcense por intercambio catiónico decalcioparasodioen peneiras moleculares 4A (ver arriba)

Uso

cinco-ångströmOs tamices moleculares (5Å) adoitan utilizarse nopetróleoindustria, especialmente para a depuración de correntes de gas e no laboratorio de química para a separacióncompostose materiais de partida da reacción de secado. Conteñen poros minúsculos de tamaño preciso e uniforme, e empréganse principalmente como adsorbente de gases e líquidos.

Para secar úsanse peneiras moleculares de cinco ångströmgas natural, xunto coa actuacióndesulfuraciónedescarbonatacióndo gas. Tamén se poden usar para separar mesturas de osíxeno, nitróxeno e hidróxeno e n-hidrocarburos de cera e aceite de hidrocarburos ramificados e policíclicos.

Os tamices moleculares de cinco ångström almacénanse a temperatura ambiente, con ahumidade relativamenos do 90% en barricas de cartón ou envases de cartón. As peneiras moleculares non deben estar directamente expostas ao aire e á auga, deben evitarse ácidos e álcalis.

Morfoloxía das peneiras moleculares

Os tamices moleculares están dispoñibles en diversas formas e tamaños. Pero as esferas esféricas teñen vantaxe sobre outras formas xa que ofrecen menor caída de presión, son resistentes ao desgaste xa que non teñen bordos afiados e teñen unha boa resistencia, é dicir, a forza de esmagadura necesaria por unidade de superficie é maior. Algunhas peneiras moleculares con perlas ofrecen menor capacidade de calor, polo que menores requisitos de enerxía durante a rexeneración.

A outra vantaxe do uso de peneiras moleculares con perlas é que a densidade aparente adoita ser máis alta que outras formas, polo que para o mesmo requisito de adsorción o volume de criba molecular necesario é menor. Así, mentres se realiza a eliminación do pescozo de botella, pódese usar peneiras moleculares con perlas, cargar máis adsorbente no mesmo volume e evitar calquera modificación do vaso.