Ένα μοριακό κόσκινο είναι ένα υλικό με πόρους (πολύ μικρές οπές) ομοιόμορφου μεγέθους

Ένα μοριακό κόσκινο είναι ένα υλικό με πόρους (πολύ μικρές οπές) ομοιόμορφου μεγέθους. Αυτές οι διάμετροι πόρων έχουν παρόμοιο μέγεθος με μικρά μόρια και επομένως τα μεγάλα μόρια δεν μπορούν να εισέλθουν ή να προσροφηθούν, ενώ τα μικρότερα μόρια μπορούν. Καθώς ένα μείγμα μορίων μεταναστεύει μέσω της στατικής κλίνης μιας πορώδους, ημιστερεάς ουσίας που αναφέρεται ως κόσκινο (ή μήτρα), τα συστατικά με το υψηλότερο μοριακό βάρος (τα οποία δεν μπορούν να περάσουν στους μοριακούς πόρους) εγκαταλείπουν πρώτα την κλίνη, ακολουθούμενα από διαδοχικά μικρότερα μόρια. Ορισμένα μοριακά κόσκινα χρησιμοποιούνται στη χρωματογραφία αποκλεισμού μεγέθους, μια τεχνική διαχωρισμού που ταξινομεί τα μόρια με βάση το μέγεθός τους. Άλλα μοριακά κόσκινα χρησιμοποιούνται ως ξηραντικά (μερικά παραδείγματα περιλαμβάνουν ενεργό άνθρακα και πυριτική πηκτή).
Η διάμετρος των πόρων ενός μοριακού κόσκινου μετριέται σε ångströms (Å) ή νανόμετρα (nm). Σύμφωνα με τη συμβολική σημείωση IUPAC, τα μικροπορώδη υλικά έχουν διάμετρο πόρων μικρότερη από 2 nm (20 Å) και τα μακροπορώδη υλικά έχουν διάμετρο πόρων μεγαλύτερη από 50 nm (500 Å). Η μεσοπορώδης κατηγορία βρίσκεται επομένως στη μέση με διάμετρο πόρων μεταξύ 2 και 50 nm (20–500 Å).
Υλικά
Τα μοριακά κόσκινα μπορούν να είναι μικροπορώδη, μεσοπορώδη ή μακροπορώδη υλικά.
Μικροπορώδες υλικό (
●Ζεόλιθοι (αργιλοπυριτικά ορυκτά, δεν πρέπει να συγχέονται με το πυριτικό αργίλιο)
● Ζεόλιθος LTA: 3–4 Å
●Πορώδες γυαλί: 10 Å (1 nm) και άνω
●Ενεργός άνθρακας: 0–20 Å (0–2 nm) και άνω
●Πηλοί
●Μείγματα μοντμοριλλονίτη
●Αλλοϊσίτης (ενδελλίτης): Υπάρχουν δύο συνηθισμένες μορφές: όταν ενυδατώνεται ο πηλός εμφανίζει απόσταση 1 nm μεταξύ των στρωμάτων και όταν αφυδατώνεται (μετα-αλλοϊσίτης) η απόσταση είναι 0,7 nm. Ο αλλοϊσίτης εμφανίζεται φυσικά ως μικροί κύλινδροι με μέση διάμετρο 30 nm και μήκος μεταξύ 0,5 και 10 μικρομέτρων.
Μεσοπορώδες υλικό (2–50 nm)
Διοξείδιο του πυριτίου (χρησιμοποιείται για την παρασκευή σιλικαζέλ): 24 Å (2,4 nm)
Μακροπορώδες υλικό (>50 nm)
Μακροπορώδες πυρίτιο, 200–1000 Å (20–100 nm)
Εφαρμογές[Επεξεργασία]
Τα μοριακά κόσκινα χρησιμοποιούνται συχνά στη βιομηχανία πετρελαίου, ειδικά για την ξήρανση ρευμάτων αερίων. Για παράδειγμα, στη βιομηχανία υγρού φυσικού αερίου (LNG), η περιεκτικότητα σε νερό του αερίου πρέπει να μειωθεί σε λιγότερο από 1 ppmv για να αποφευχθούν οι εμφράξεις που προκαλούνται από πάγο ή άλατα εγκλεισμού μεθανίου.
Στο εργαστήριο, χρησιμοποιούνται μοριακά κόσκινα για την ξήρανση του διαλύτη. Τα «κόσκινα» έχουν αποδειχθεί ανώτερα από τις παραδοσιακές τεχνικές ξήρανσης, οι οποίες συχνά χρησιμοποιούν επιθετικά ξηραντικά.
Με τον όρο ζεόλιθοι, τα μοριακά κόσκινα χρησιμοποιούνται για ένα ευρύ φάσμα καταλυτικών εφαρμογών. Καταλύουν ισομερισμό, αλκυλίωση και εποξείδωση και χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικές διεργασίες μεγάλης κλίμακας, συμπεριλαμβανομένης της υδρογονοπυρόλυσης και της ρευστοκαταλυτικής πυρόλυσης.
Χρησιμοποιούνται επίσης στο φιλτράρισμα των αεραγωγών για αναπνευστικές συσκευές, για παράδειγμα εκείνες που χρησιμοποιούνται από δύτες και πυροσβέστες. Σε τέτοιες εφαρμογές, ο αέρας παρέχεται από έναν αεροσυμπιεστή και διέρχεται από ένα φίλτρο φυσιγγίου το οποίο, ανάλογα με την εφαρμογή, γεμίζεται με μοριακό κόσκινο ή/και ενεργό άνθρακα, και τελικά χρησιμοποιείται για την πλήρωση των δεξαμενών αναπνευστικού αέρα. Αυτή η διήθηση μπορεί να απομακρύνει τα σωματίδια και τα προϊόντα καυσαερίων του συμπιεστή από την παροχή αναπνευστικού αέρα.
Έγκριση από τον FDA.
Ο FDA των ΗΠΑ, από την 1η Απριλίου 2012, ενέκρινε το αργιλοπυριτικό νάτριο για άμεση επαφή με αναλώσιμα είδη σύμφωνα με το 21 CFR 182.2727. Πριν από αυτήν την έγκριση, η Ευρωπαϊκή Ένωση είχε χρησιμοποιήσει μοριακά κόσκινα με φαρμακευτικά προϊόντα και ανεξάρτητες δοκιμές υπέδειξαν ότι τα μοριακά κόσκινα πληρούν όλες τις κυβερνητικές απαιτήσεις, αλλά η βιομηχανία δεν ήταν πρόθυμη να χρηματοδοτήσει τις δαπανηρές δοκιμές που απαιτούνται για την έγκριση από την κυβέρνηση.
Αναγέννηση
Οι μέθοδοι αναγέννησης μοριακών κόσκινων περιλαμβάνουν αλλαγή πίεσης (όπως στους συμπυκνωτές οξυγόνου), θέρμανση και καθαρισμό με φέρον αέριο (όπως όταν χρησιμοποιείται στην αφυδάτωση αιθανόλης) ή θέρμανση υπό υψηλό κενό. Οι θερμοκρασίες αναγέννησης κυμαίνονται από 175 °C (350 °F) έως 315 °C (600 °F) ανάλογα με τον τύπο του μοριακού κόσκινου. Αντίθετα, το silica gel μπορεί να αναγεννηθεί θερμαίνοντάς το σε κανονικό φούρνο στους 120 °C (250 °F) για δύο ώρες. Ωστόσο, ορισμένοι τύποι silica gel θα "σκάσουν" όταν εκτεθούν σε αρκετό νερό. Αυτό προκαλείται από το σπάσιμο των σφαιρών πυριτίου κατά την επαφή με το νερό.

Μοντέλο	Διάμετρος πόρων (Άνγκστρομ)	Φαινόμενη πυκνότητα (g/ml)	Προσροφημένο νερό (% κ.β.)	Φθορά ή τριβή, W(% κ.β.)	Χρήση
3 Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Ξήρανσητουπυρόλυση πετρελαίουαέριο και αλκένια, επιλεκτική προσρόφηση H2O σεμονωμένο γυαλί (IG)και πολυουρεθάνη, ξήρανσηκαύσιμο αιθανόληςγια ανάμειξη με βενζίνη.
4 Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Προσρόφηση νερού σεαργιλοπυριτικό νάτριοτο οποίο είναι εγκεκριμένο από τον FDA (βλ.παρακάτω) χρησιμοποιείται ως μοριακό κόσκινο σε ιατρικά δοχεία για να διατηρεί το περιεχόμενο στεγνό και ωςπρόσθετο τροφίμωνέχονταςΗλεκτρονικός αριθμόςE-554 (αντισυσσωματικός παράγοντας). Προτιμάται για στατική αφυδάτωση σε κλειστά συστήματα υγρών ή αερίων, π.χ., σε συσκευασίες φαρμάκων, ηλεκτρικών εξαρτημάτων και ευπαθών χημικών ουσιών· για την απομάκρυνση νερού σε συστήματα εκτύπωσης και πλαστικών και για την ξήρανση ρευμάτων κορεσμένων υδρογονανθράκων. Τα προσροφημένα είδη περιλαμβάνουν SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 και C3H6. Γενικά θεωρείται ως καθολικός ξηραντικός παράγοντας σε πολικά και μη πολικά μέσα.[12]διαχωρισμός τουφυσικό αέριοκαιαλκένια, προσρόφηση νερού σε μη ευαίσθητα στο άζωτοπολυουρεθάνη
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Απολίπανση και μείωση του σημείου ροήςαεροπορία πετρέλαιοκαιντίζελκαι διαχωρισμός αλκενίων
5Å μικρό εμπλουτισμένο με οξυγόνο	5	0,4–0,8	≥23		Ειδικά σχεδιασμένο για γεννήτρια ιατρικού ή υγιούς οξυγόνου[απαιτείται παραπομπή]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Αποξήρανση και καθαρισμός του αέρα.αφυδάτωσηκαιαποθείωσηφυσικού αερίου καιυγρό αέριο πετρελαίου;οξυγόνοκαιυδρογόνοπαραγωγή απόπροσρόφηση με ταλάντωση πίεσηςδιαδικασία
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Υψηλής απόδοσης προσρόφηση, που χρησιμοποιείται στην αποξήρανση, την αποανθράκωση, την αποθείωση αερίων και υγρών και τον διαχωρισμόαρωματικός υδρογονάνθρακας
13X	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Ξήρανση, αποθείωση και καθαρισμός πετρελαϊκού αερίου και φυσικού αερίου
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Εξανθράκωσηκαι ξήρανση στη βιομηχανία διαχωρισμού αέρα, διαχωρισμός αζώτου από οξυγόνο σε συμπυκνωτές οξυγόνου
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Γλύκανση(αφαίρεση τουθειόλες) απόκαύσιμα αεροπορίαςκαι αντίστοιχουγροί υδρογονάνθρακες

Δυνατότητες προσρόφησης

3 Å

Προσεγγιστικός χημικός τύπος: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3 • 2 SiO2 • 9/2 H2O

Αναλογία πυριτίας-αλουμίνας: SiO2/Al2O3≈2

Παραγωγή

Τα μοριακά κόσκινα 3Α παράγονται με ανταλλαγή κατιόντωνκάλιογιανάτριοσε μοριακά κόσκινα 4Α (Δείτε παρακάτω)

Χρήση

Τα μοριακά κόσκινα 3Å δεν προσροφούν μόρια των οποίων οι διάμετροι είναι μεγαλύτερες από 3 Å. Τα χαρακτηριστικά αυτών των μοριακών κόσκινων περιλαμβάνουν γρήγορη ταχύτητα προσρόφησης, συχνή ικανότητα αναγέννησης, καλή αντοχή στη σύνθλιψη καιαντοχή στη ρύπανσηΑυτά τα χαρακτηριστικά μπορούν να βελτιώσουν τόσο την απόδοση όσο και τη διάρκεια ζωής του κόσκινου. Τα μοριακά κόσκινα 3Å είναι το απαραίτητο αποξηραντικό στις βιομηχανίες πετρελαίου και χημικών για τη διύλιση πετρελαίου, τον πολυμερισμό και την ξήρανση σε βάθος χημικών αερίων-υγρών.

Τα μοριακά κόσκινα 3Å χρησιμοποιούνται για την ξήρανση μιας σειράς υλικών, όπωςαιθανόλη, αέρας,ψυκτικά μέσα,φυσικό αέριοκαιακόρεστοι υδρογονάνθρακεςΤα τελευταία περιλαμβάνουν αέριο πυρόλυσης,ασετυλίνη,αιθυλένιο,προπυλένιοκαιβουταδιένιο.

Το μοριακό κόσκινο 3Å χρησιμοποιείται για την απομάκρυνση νερού από την αιθανόλη, η οποία αργότερα μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα ως βιοκαύσιμο ή έμμεσα για την παραγωγή διαφόρων προϊόντων όπως χημικά, τρόφιμα, φαρμακευτικά προϊόντα και άλλα. Δεδομένου ότι η κανονική απόσταξη δεν μπορεί να απομακρύνει όλο το νερό (ένα ανεπιθύμητο υποπροϊόν από την παραγωγή αιθανόλης) από τα ρεύματα διεργασίας αιθανόλης λόγω του σχηματισμού ενός...αζεότροποΣε συγκέντρωση περίπου 95,6% κατά βάρος, τα σφαιρίδια μοριακού κόσκινου χρησιμοποιούνται για τον διαχωρισμό της αιθανόλης και του νερού σε μοριακό επίπεδο, απορροφώντας το νερό στα σφαιρίδια και επιτρέποντας στην αιθανόλη να διέλθει ελεύθερα. Μόλις τα σφαιρίδια γεμίσουν με νερό, η θερμοκρασία ή η πίεση μπορούν να χειριστούν, επιτρέποντας την απελευθέρωση του νερού από τα σφαιρίδια μοριακού κόσκινου.[15]

Τα μοριακά κόσκινα 3Å αποθηκεύονται σε θερμοκρασία δωματίου, με σχετική υγρασία που δεν υπερβαίνει το 90%. Σφραγίζονται υπό μειωμένη πίεση, μακριά από νερό, οξέα και αλκάλια.

4 Å

Χημικός τύπος: Na2O•Al2O3•2SiO2•9/2H2O

Αναλογία πυριτίου-αλουμινίου: 1:1 (SiO2/ Al2O3≈2)

Παραγωγή

Η παραγωγή κόσκινου 4Å είναι σχετικά απλή, καθώς δεν απαιτεί ούτε υψηλές πιέσεις ούτε ιδιαίτερα υψηλές θερμοκρασίες. Συνήθως υδατικά διαλύματαπυριτικό νάτριοκαιαργιλικό νάτριοσυνδυάζονται στους 80 °C. Το προϊόν που έχει εμποτιστεί με διαλύτη «ενεργοποιείται» με «ψήσιμο» στους 400 °C. Τα κόσκινα 4Α χρησιμεύουν ως πρόδρομος για τα κόσκινα 3Α και 5Α μέσωανταλλαγή κατιόντωντουνάτριογιακάλιο(για 3Α) ήασβέστιο(για 5Α)

Χρήση

Διαλύτες ξήρανσης

Τα μοριακά κόσκινα 4Å χρησιμοποιούνται ευρέως για την ξήρανση εργαστηριακών διαλυτών. Μπορούν να απορροφήσουν νερό και άλλα μόρια με κρίσιμη διάμετρο μικρότερη από 4 Å, όπως NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 και C2H4. Χρησιμοποιούνται ευρέως στην ξήρανση, τον εξευγενισμό και τον καθαρισμό υγρών και αερίων (όπως η παρασκευή αργού).

 

Πρόσθετα πολυεστερικών παραγόντων [εκδίδω]

Αυτά τα μοριακά κόσκινα χρησιμοποιούνται για να βοηθήσουν τα απορρυπαντικά, καθώς μπορούν να παράγουν απιονισμένο νερό μέσωασβέστιοανταλλαγή ιόντων, απομακρύνουν και αποτρέπουν την εναπόθεση βρωμιάς. Χρησιμοποιούνται ευρέως για την αντικατάστασηφώσφοροςΤο μοριακό κόσκινο 4Å παίζει σημαντικό ρόλο στην αντικατάσταση του τριπολυφωσφορικού νατρίου ως βοηθητικό απορρυπαντικού, προκειμένου να μετριαστεί ο περιβαλλοντικός αντίκτυπος του απορρυπαντικού. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ωςσαπούνιπαράγοντα σχηματισμού και σεοδοντόκρεμα.

Επεξεργασία επιβλαβών αποβλήτων

Τα μοριακά κόσκινα 4Å μπορούν να καθαρίσουν τα λύματα από κατιονικά είδη όπωςαμμώνιοιόντα, Pb2+, Cu2+, Zn2+ και Cd2+. Λόγω της υψηλής εκλεκτικότητας για το NH4+, έχουν εφαρμοστεί με επιτυχία στο πεδίο για την καταπολέμησηευτροφισμόςκαι άλλες επιπτώσεις στις υδάτινες οδούς λόγω υπερβολικών ιόντων αμμωνίου. Μοριακά κόσκινα 4Å έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί για την απομάκρυνση ιόντων βαρέων μετάλλων που υπάρχουν στο νερό λόγω βιομηχανικών δραστηριοτήτων.

Άλλοι σκοποί

Ομεταλλουργική βιομηχανία: διαχωριστικό μέσο, ​​διαχωρισμός, εκχύλιση καλίου σε άλμη,ρουβίνιο,καίσιο, κ.λπ.

Πετροχημική βιομηχανία,καταλύτης,ξηραντικό, προσροφητικό

Γεωργία:βελτιωτικό εδάφους

Ιατρική: φόρτωση ασημιούζεόλιθοςαντιβακτηριακός παράγοντας.

5Å

Χημικός τύπος: 0,7CaO•0,30Na2O•Al2O3•2,0SiO2•4,5H2O

Αναλογία πυριτίας-αλουμίνας: SiO2/Al2O3≈2

Παραγωγή

Τα μοριακά κόσκινα 5Α παράγονται με ανταλλαγή κατιόντωνασβέστιογιανάτριοσε μοριακά κόσκινα 4Α (Βλέπε παραπάνω)

Χρήση

Πέντε-άνγκστρομΤα μοριακά κόσκινα (5Å) χρησιμοποιούνται συχνά στοπετρέλαιοβιομηχανία, ειδικά για τον καθαρισμό αερίων ρευμάτων και στο χημικό εργαστήριο για τον διαχωρισμόενώσειςκαι αρχικά υλικά αντίδρασης ξήρανσης. Περιέχουν μικροσκοπικούς πόρους ακριβούς και ομοιόμορφου μεγέθους και χρησιμοποιούνται κυρίως ως προσροφητικό για αέρια και υγρά.

Χρησιμοποιούνται μοριακά κόσκινα πέντε angström για την ξήρανση.φυσικό αέριο, παράλληλα με την εκτέλεσηαποθείωσηκαιαποανθράκωσητου αερίου. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τον διαχωρισμό μειγμάτων οξυγόνου, αζώτου και υδρογόνου, και n-υδρογονανθράκων ελαίου-κηρού από διακλαδισμένους και πολυκυκλικούς υδρογονάνθρακες.

Τα μοριακά κόσκινα πέντε angström αποθηκεύονται σε θερμοκρασία δωματίου, μεσχετική υγρασίαλιγότερο από 90% σε χάρτινα βαρέλια ή συσκευασίες σε χαρτόκουτα. Τα μοριακά κόσκινα δεν πρέπει να εκτίθενται άμεσα στον αέρα και το νερό, ενώ πρέπει να αποφεύγονται τα οξέα και τα αλκάλια.

Μορφολογία μοριακών κόσκινων

Τα μοριακά κόσκινα διατίθενται σε ποικίλα σχήματα και μεγέθη. Ωστόσο, τα σφαιρικά σφαιρίδια έχουν πλεονέκτημα έναντι άλλων σχημάτων, καθώς προσφέρουν χαμηλότερη πτώση πίεσης, είναι ανθεκτικά στην τριβή, καθώς δεν έχουν αιχμηρές άκρες και έχουν καλή αντοχή, δηλαδή η δύναμη σύνθλιψης που απαιτείται ανά μονάδα επιφάνειας είναι υψηλότερη. Ορισμένα μοριακά κόσκινα με σφαιρίδια προσφέρουν χαμηλότερη θερμοχωρητικότητα και, επομένως, χαμηλότερες ενεργειακές απαιτήσεις κατά την αναγέννηση.

Το άλλο πλεονέκτημα της χρήσης μοριακών κόσκινων με χάντρες είναι η πυκνότητα όγκου που συνήθως είναι υψηλότερη από άλλα σχήματα, επομένως για την ίδια απαίτηση προσρόφησης ο απαιτούμενος όγκος μοριακού κόσκινου είναι μικρότερος. Έτσι, κατά την αποσυμφόρηση, μπορεί κανείς να χρησιμοποιήσει μοριακά κόσκινα με χάντρες, να φορτώσει περισσότερο προσροφητικό στον ίδιο όγκο και να αποφύγει τυχόν τροποποιήσεις στο δοχείο.