Молекулярлық елеуіш - біркелкі көлемдегі кеуектері (өте кішкентай саңылаулары) бар материал

Молекулярлық елеуіш - біркелкі көлемдегі кеуектері (өте кішкентай саңылаулары) бар материал. Бұл саңылаулардың диаметрлері өлшемі бойынша кішкентай молекулаларға ұқсас, сондықтан үлкен молекулалар ішке кіре алмайды немесе адсорбцияланбайды, ал кішірек молекулалар. Молекулалар қоспасы елеуіш (немесе матрица) деп аталатын кеуекті, жартылай қатты заттың стационарлық қабаты арқылы өтетіндіктен, ең жоғары молекулалық массаның құрамдастары (молекулярлық кеуектерге өте алмайтын) алдымен төсектен шығады, одан кейін бірінен соң бірі кішірек молекулалар пайда болады. Кейбір молекулярлық електер өлшемді алып тастау хроматографиясында қолданылады, молекулаларды олардың өлшеміне қарай сұрыптайтын бөлу әдісі. Кептіргіштер ретінде басқа молекулалық електер қолданылады (кейбір мысалдарға белсендірілген көмір мен силикагель жатады).
Молекулярлық електің тесік диаметрі ангстреммен (Å) немесе нанометрмен (нм) өлшенеді. IUPAC белгісіне сәйкес микрокеуекті материалдардың кеуектерінің диаметрі 2 нм (20 Å) кем және макрокеуекті материалдардың кеуектерінің диаметрі 50 нм (500 Å) асатын болады; осылайша мезокеуекті категория 2 және 50 нм (20–500 Å) аралығындағы кеуектер диаметрімен ортасында жатыр.
Материалдар
Молекулалық електер микрокеуекті, мезокеуекті немесе макрокеуекті материал болуы мүмкін.
Микрокеуекті материал (
●Цеолиттер (алюминосиликат минералдары, алюминий силикатымен шатастырмау керек)
●Цеолит LTA: 3–4 Å
● Кеуекті шыны: 10 Å (1 нм) және одан жоғары
●Белсенді көмір: 0–20 Å (0–2 нм) және жоғары
●Саздар
●Монтмориллонит қоспалары
●Галлойзит (энделлит): Гидратталған кезде балшық қабаттарының арасы 1 нм, ал сусызданған кезде (мета-галлоизит) 0,7 нм болатын екі жалпы форма кездеседі. Галлойзит табиғи түрде диаметрі орташа 30 нм, ұзындығы 0,5 және 10 микрометр аралығындағы шағын цилиндрлер түрінде кездеседі.
Мезокеуекті материал (2–50 нм)
Кремний диоксиді (силикагель жасау үшін қолданылады): 24 Å (2,4 нм)
Макрокеуекті материал (>50 нм)
Үлкен кеуекті кремний диоксиді, 200–1000 Å (20–100 нм)
Қолданбалар[өңдеу]
Молекулярлық електер көбінесе мұнай өнеркәсібінде, әсіресе газ ағындарын кептіру үшін қолданылады. Мысалы, сұйық табиғи газ (СТГ) өнеркәсібінде мұздың немесе метан клатратының әсерінен болатын бітелулерді болдырмау үшін газдың су құрамын 1 ppmv-тен төменге дейін төмендету қажет.
Зертханада еріткішті кептіру үшін молекулалық електер қолданылады. «Елек» көбінесе агрессивті кептіргіштерді қолданатын дәстүрлі кептіру әдістерінен жоғары екенін дәлелдеді.
Цеолиттер термині бойынша молекулалық електер каталитикалық қолданудың кең ауқымы үшін қолданылады. Олар изомеризацияны, алкилденуді және эпоксидануды катализдейді және гидрокрекингті және сұйық каталитикалық крекингті қоса алғанда, ауқымды өнеркәсіптік процестерде қолданылады.
Олар сондай-ақ тыныс алу аппараттарына арналған ауа қорын сүзу үшін қолданылады, мысалы, сүңгуірлер мен өрт сөндірушілер пайдаланатындар. Мұндай қолданбаларда ауа ауа компрессорымен қамтамасыз етіледі және қолданылу түріне байланысты молекулалық електен және/немесе белсендірілген көмірмен толтырылатын картридж сүзгісі арқылы өтеді, соңында тыныс алатын ауа цистерналарын зарядтау үшін пайдаланылады. Мұндай сүзгілеу бөлшектерді кетіре алады. және компрессордың тыныс алу ауасының беруінен шығатын өнімдері.
FDA мақұлдауы.
АҚШ FDA 2012 жылдың 1 сәуіріндегі жағдай бойынша 21 CFR 182.2727 стандартына сәйкес тұтынылатын заттармен тікелей жанасу үшін натрий алюмосиликатын мақұлдады. Осы рұқсатқа дейін Еуропалық Одақ фармацевтикалық препараттармен молекулалық електерді пайдаланды және тәуелсіз сынақ молекулалық електер үкіметтің барлық талаптарына сәйкес келетінін көрсетті, бірақ сала үкіметтің мақұлдауы үшін қажет қымбат тестілеуді қаржыландырғысы келмеді.
Регенерация
Молекулалық електерді регенерациялау әдістеріне қысымды өзгерту (оттегі концентраторларындағы сияқты), қыздыру және тасымалдаушы газбен тазарту (этанолды сусыздандыру кезіндегідей) немесе жоғары вакуумда қыздыру жатады. Регенерация температурасы молекулалық елеуіш түріне байланысты 175 °C (350 °F) пен 315 °C (600 °F) аралығында болады. Керісінше, силикагельді кәдімгі пеште 120 °C (250 °F) дейін екі сағат бойы қыздыру арқылы қалпына келтіруге болады. Дегенмен, силикагельдің кейбір түрлері жеткілікті мөлшерде суға ұшыраған кезде «жарылады». Бұл сумен байланысқан кезде кремний диоксиді шарларының сынуынан болады.

Үлгі	Кеуектің диаметрі (Ангстрем)	Көлемдік тығыздық (г/мл)	Адсорбцияланған су (% с/б)	Тозу немесе абразия, В(% с/б)	Қолданылуы
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Кептіру-ныңмұнай крекингігаз және алкендер, Н2О-ның селективті адсорбциясыоқшауланған шыны (IG)және полиуретан, кептіруэтанол отыныбензинмен араластыруға арналған.
4Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Судың сіңірілуінатрий алюмосиликатыFDA мақұлдаған (қараңызтөменде) мазмұнын құрғақ ұстау үшін медициналық контейнерлерде молекулалық елеуіш ретінде пайдаланыладытағамдық қоспабарE-нөмірE-554 (бұзуға қарсы агент); Жабық сұйық немесе газ жүйелерінде статикалық сусыздандыру үшін қолайлы, мысалы, дәрілік заттарды, электр компоненттерін және тез бұзылатын химиялық заттарды қаптамада; полиграфиялық және пластмасса жүйелеріндегі суды тазарту және қаныққан көмірсутек ағындарын кептіру. Адсорбцияланған түрлерге SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 және C3H6 жатады. Әдетте полярлы және полярлы емес орталарда әмбебап кептіру агенті болып саналады;[12]бөлутабиғи газжәнеалкендер, азотқа сезімтал емес судың адсорбциясыполиуретан
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Майсыздандыру және құю нүктесінің депрессиясыавиация керосинжәнедизель, және алкендердің бөлінуі
5Å шағын оттегімен байытылған	5	0,4–0,8	≥23		Медициналық немесе сау оттегі генераторы үшін арнайы әзірленген[дәйексөз қажет]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Ауаны құрғату және тазарту;сусыздандыружәнекүкіртсіздендірутабиғи газ жәнесұйық мұнай газы;оттегіжәнесутегібойынша өндіруқысымның ауытқуы адсорбциясыпроцесс
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Жоғары тиімді сорбция, газды және сұйықтықтарды құрғату, көміртексіздендіру, күкіртсіздендіру және бөлуде қолданылады.ароматты көмірсутек
13X	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Мұнай газы мен табиғи газды құрғату, күкіртсіздендіру және тазарту
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Декарбуризацияжәне ауаны бөлу өнеркәсібіндегі құрғату, оттегі концентраторларында азотты оттегіден бөлу
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Тәттілеу(жоютиолдар) ныңавиациялық отынжәне сәйкессұйық көмірсутектер

Адсорбциялық мүмкіндіктері

3Å

Шамамен химиялық формула: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3• 2 SiO2 • 9/2 H2O

Кремний тотығының арақатынасы: SiO2/ Al2O3≈2

Өндіріс

3А молекулалық елеуіштер катион алмасу арқылы өндіріледікалийүшіннатрий4А молекулалық елеуіштерде (төменде қараңыз)

Қолданылуы

3Å молекулалық електер диаметрлері 3 Å үлкен молекулаларды адсорбцияламайды. Бұл молекулярлық елеуіштердің сипаттамаларына жылдам адсорбция жылдамдығы, жиі регенерация қабілеті, жақсы ұсақтауға төзімділік жәнеластануға төзімділік. Бұл мүмкіндіктер електің тиімділігін де, қызмет ету мерзімін де жақсарта алады. 3Å молекулярлық електер мұнай өңдеу, полимерлеу және химиялық газ-сұйықтықты тереңдікте кептіру үшін мұнай және химия өнеркәсібінде қажетті құрғатқыш болып табылады.

3Å молекулярлық електер бірқатар материалдарды кептіру үшін қолданылады, мысалыэтанол, ауа,салқындатқыштар,табиғи газжәнеқанықпаған көмірсутектер. Соңғыларына крекинг газы,ацетилен,этилен,пропиленжәнебутадиен.

3Å молекулярлық елеуіш этанолдан суды кетіру үшін пайдаланылады, оны кейінірек тікелей био-отын ретінде немесе жанама түрде химиялық заттар, тамақ өнімдері, фармацевтика және т.б. сияқты әртүрлі өнімдерді өндіру үшін пайдалануға болады. Қалыпты айдау этанол процесінің ағындарынан барлық суды (этанол өндірісінің жағымсыз жанама өнімін) алып тастай алмайды.азеотропсалмағы бойынша шамамен 95,6% концентрацияда, молекулярлық елеуіш моншақтары суды моншақтарға адсорбциялау және этанолдың еркін өтуіне мүмкіндік беру арқылы этанол мен суды молекулалық деңгейде бөлу үшін қолданылады. Моншақтар суға толы болғаннан кейін, температураны немесе қысымды басқаруға болады, бұл суды молекулалық електен босатуға мүмкіндік береді.[15]

3Å молекулярлық електер бөлме температурасында, 90%-дан аспайтын салыстырмалы ылғалдылықта сақталады. Олар судан, қышқылдардан және сілтілерден алыс ұсталып, төмендетілген қысыммен жабылады.

4Å

Химиялық формуласы: Na2O•Al2O3•2SiO2•9/2H2O

Кремний-алюминий қатынасы: 1:1 (SiO2/ Al2O3≈2)

Өндіріс

4Å елеуіш өндіру салыстырмалы түрде қарапайым, өйткені ол жоғары қысымды да, әсіресе жоғары температураны да қажет етпейді. Әдетте су ерітінділерінатрий силикатыжәненатрий алюминаты80 °C температурада біріктіріледі. Еріткішпен сіңдірілген өнім 400 °C температурада «пісіру» арқылы «белсендіріледі» 4А елеуіштер 3А және 5А елеуіштері арқылыкатион алмасу-ныңнатрийүшінкалий(3А үшін) немесекальций(5А үшін)

Қолданылуы

Кептіру еріткіштері

4Å молекулалық електер зертханалық еріткіштерді кептіру үшін кеңінен қолданылады. Олар суды және NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 және C2H4 сияқты сыни диаметрі 4 Å төмен басқа молекулаларды сіңіре алады. Олар сұйықтар мен газдарды кептіру, тазарту және тазартуда (мысалы, аргонды дайындау) кеңінен қолданылады.

 

Полиэфирлі қоспалар[өңдеу]

Бұл молекулалық електер жуғыш заттарға көмектесу үшін пайдаланылады, өйткені олар минералсыздандырылған суды шығара аладыкальцийион алмасу, кірді кетіру және шөгуді болдырмау. Олар ауыстыру үшін кеңінен қолданыладыфосфор. 4Å молекулярлық елеуіш жуғыш заттың қоршаған ортаға әсерін азайту үшін натрий триполифосфатының орнына жуғыш заттың көмекшісі ретінде үлкен рөл атқарады. Ол ретінде де пайдалануға боладысабынқалыптастырушы агент және втіс пастасы.

Зиянды қалдықтарды өңдеу

4Å молекулярлық електер ағынды суларды катионды түрлерден тазарта аладыаммонийиондары, Pb2+, Cu2+, Zn2+ және Cd2+. NH4+ жоғары селективтілігіне байланысты олар далада күресу үшін сәтті қолданылдыэвтрофикацияжәне аммоний иондарының шамадан тыс көп болуынан су жолдарындағы басқа әсерлер. 4Å молекулалық електер өнеркәсіптік әрекеттерге байланысты судағы ауыр металл иондарын жою үшін де қолданылған.

Басқа мақсаттар

Theметаллургиялық өнеркәсіп: бөлгіш агент, айыру, калий тұзды ерітіндісін алу,рубидий,цезий, т.б.

Мұнай-химия өнеркәсібі,катализатор,құрғатқыш, адсорбент

Ауыл шаруашылығы:топырақ кондиционері

Медицина: күміс жүктеңізцеолитбактерияға қарсы агент.

5Å

Химиялық формуласы: 0,7CaO•0,30Na2O•Al2O3•2,0SiO2 •4,5H2O

Кремний тотығының арақатынасы: SiO2/ Al2O3≈2

Өндіріс

5А молекулалық елеуіштер катион алмасу арқылы өндіріледікальцийүшіннатрий4А молекулалық елеуіштерде (жоғарыдан қараңыз)

Қолданылуы

Бес-ингстрем(5Å) молекулярлық електер жиі пайдаланыладымұнайөнеркәсіпте, әсіресе газ ағындарын тазарту үшін және бөлуге арналған химия зертханасындақосылыстаржәне кептіру реакциясының бастапқы материалдары. Олардың құрамында дәл және біркелкі өлшемдегі ұсақ тесіктер бар және олар негізінен газдар мен сұйықтықтар үшін адсорбент ретінде қолданылады.

Кептіру үшін бес-енгстремдік молекулалық електер қолданыладытабиғи газ, орындаумен біргекүкіртсіздендіружәнедекарбонациягаздың. Оларды тармақталған және полициклді көмірсутектерден оттегі, азот және сутегі және мұнай-балауыз n-көмірсутек қоспаларын бөлу үшін де қолдануға болады.

Бес-енгстремдік молекулалық електер бөлме температурасында сақталады, асалыстырмалы ылғалдылықкартон бөшкелерде немесе картон қаптамада 90%-дан аз. Молекулалық електер ауа мен суға тікелей әсер етпеуі керек, қышқылдар мен сілтілерден аулақ болу керек.

Молекулалық елеуіштердің морфологиясы

Молекулярлық електер әртүрлі пішінде және өлшемдерде қол жетімді. Бірақ сфералық моншақтардың басқа пішіндерден артықшылығы бар, өйткені олар қысымның төмендеуін қамтамасыз етеді, тозуға төзімді, өйткені олардың өткір жиектері жоқ және жақсы беріктікке ие, яғни аудан бірлігіне қажет ұсақтау күші жоғары. Кейбір молекулярлық електер жылу сыйымдылығын төмендетеді, осылайша регенерация кезінде энергия талаптарын төмендетеді.

Бисер тәрізді молекулалық електерді қолданудың тағы бір артықшылығы, массаның тығыздығы әдетте басқа пішінге қарағанда жоғары болады, сондықтан бірдей адсорбциялық талап үшін молекулалық електің қажетті көлемі азырақ болады. Осылайша, бөгеттерді жою кезінде моншақ тәрізді молекулалық електерді қолдануға, бірдей көлемде көбірек адсорбент салуға және ыдыстардың кез келген модификациясын болдырмауға болады.