Το μοριακό κόσκινο είναι ένα υλικό με πόρους (πολύ μικρές τρύπες) ομοιόμορφου μεγέθους

Το μοριακό κόσκινο είναι ένα υλικό με πόρους (πολύ μικρές τρύπες) ομοιόμορφου μεγέθους. Αυτές οι διάμετροι πόρων είναι παρόμοιες σε μέγεθος με μικρά μόρια, και έτσι τα μεγάλα μόρια δεν μπορούν να εισέλθουν ή να προσροφηθούν, ενώ τα μικρότερα μόρια μπορούν. Καθώς ένα μείγμα μορίων μεταναστεύει μέσω της σταθερής κλίνης της πορώδης, ημι-στερεής ουσίας που αναφέρεται ως κόσκινο (ή μήτρα), τα συστατικά του υψηλότερου μοριακού βάρους (που δεν μπορούν να περάσουν στους μοριακούς πόρους) εγκαταλείπουν πρώτα το στρώμα, 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 γέλη).
Η διάμετρος πόρων ενός μοριακού κόσκινου μετριέται σε ångströms (Å) ή νανόμετρα (nm). Σύμφωνα με τη σημείωση IUPAC, τα μικροπορώδη υλικά έχουν διάμετρο πόρων μικρότερη από 2 nm (20 Α) και τα μακροπορώδη υλικά έχουν διάμετρο πόρων μεγαλύτερη από 50 nm (500 Å). η κατηγορία μεσοπορώδους βρίσκεται επομένως στη μέση με διάμετρο πόρων μεταξύ 2 και 50 nm (20–500 Å).
Υλικά
Τα μοριακά κόσκινα μπορεί να είναι μικροπορώδη, μεσοπορώδη ή μακροπορώδη υλικά.
Μικροπορώδες υλικό (
●Ζεόλιθοι (αλουμινοπυριτικά ορυκτά, που δεν πρέπει να συγχέονται με το πυριτικό αλουμίνιο)
●Ζεόλιθος LTA: 3–4 Å
●Πορώδες γυαλί: 10 Å (1 nm) και πάνω
●Ενεργός άνθρακας: 0–20 Å (0–2 nm) και άνω
●Πηλοί
●Ενδιαμείγματα μοντμοριλλονίτη
●Αλλοϋσίτης (ενδελίτης): Βρίσκονται δύο κοινές μορφές, όταν ενυδατώνεται ο πηλός εμφανίζει απόσταση 1 nm των στρωμάτων και όταν αφυδατώνεται (μετα-αλογονίτης) η απόσταση είναι 0,7 nm. Το Halloysite εμφανίζεται φυσικά ως μικροί κύλινδροι με μέση διάμετρο 30 nm με μήκη μεταξύ 0,5 και 10 μικρομέτρων.
Μεσοπορώδες υλικό (2–50 nm)
Διοξείδιο του πυριτίου (χρησιμοποιείται για την παρασκευή γέλης πυριτίου): 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 των ρευμάτων αερίου. Για παράδειγμα, στη βιομηχανία υγρού φυσικού αερίου (LNG), η περιεκτικότητα του αερίου σε νερό πρέπει να μειωθεί σε λιγότερο από 1 ppmv για να αποφευχθούν μπλοκαρίσματα που προκαλούνται από πάγο ή μεθάνιο.
Στο εργαστήριο, τα μοριακά κόσκινα χρησιμοποιούνται 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 τον ισομερισμό, την αλκυλίωση και την εποξείδωση και χρησιμοποιούνται σε μεγάλης κλίμακας βιομηχανικές διεργασίες, συμπεριλαμβανομένης της υδροπυρόλυσης και της καταλυτικής πυρόλυσης ρευστών.
Χρησιμοποιούνται επίσης για το φιλτράρισμα των αποθεμάτων αέρα για αναπνευστικές συσκευές, για παράδειγμα εκείνων που χρησιμοποιούνται από αυτοδύτες και πυροσβέστες. Σε τέτοιες εφαρμογές, ο αέρας τροφοδοτείται από έναν αεροσυμπιεστή και διέρχεται μέσω ενός φίλτρου φυσιγγίου το οποίο, ανάλογα με την εφαρμογή, είναι γεμάτο με μοριακό κόσκινο ή/και ενεργό άνθρακα, και τελικά χρησιμοποιείται για τη φόρτιση δεξαμενών αέρα αναπνοής. Αυτό το φιλτράρισμα μπορεί να αφαιρέσει σωματίδια και τα προϊόντα εξάτμισης του συμπιεστή από την παροχή αέρα αναπνοής.
Έγκριση FDA.
Ο FDA των ΗΠΑ έχει εγκρίνει από την 1η Απριλίου 2012 το αργιλοπυριτικό νάτριο για άμεση επαφή με αναλώσιμα είδη κάτω από 21 CFR 182.2727. Πριν από αυτήν την έγκριση, η Ευρωπαϊκή Ένωση είχε χρησιμοποιήσει μοριακά κόσκινα με φαρμακευτικά προϊόντα και ανεξάρτητες δοκιμές πρότειναν ότι τα μοριακά κόσκινα πληρούν όλες τις κυβερνητικές απαιτήσεις. η βιομηχανία ήταν απρόθυμη να χρηματοδοτήσει τις ακριβές δοκιμές που απαιτούνταν για την έγκριση της κυβέρνησης.
Αναγέννηση
Οι μέθοδοι για την αναγέννηση των μοριακών κόσκινων περιλαμβάνουν αλλαγή πίεσης (όπως στους συμπυκνωτές οξυγόνου), θέρμανση και καθαρισμό με φέρον αέριο (όπως όταν χρησιμοποιείται στην αφυδάτωση με αιθανόλη) 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 του πυριτίου όταν έρχονται σε επαφή με το νερό.

Μοντέλο	Διάμετρος πόρων (Ångström)	Μαζική πυκνότητα (g/ml)	Προσροφημένο νερό (% w/w)	Φθορά ή τριβή, W(% β/β)	Χρήση
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Ξήρανσητουπυρόλυση πετρελαίουαέριο και αλκένια, εκλεκτική προσρόφηση H2O σεμονωμένο γυαλί (IG)και πολυουρεθάνη, ξήρανση τωνκαύσιμο αιθανόληςγια ανάμειξη με βενζίνη.
4Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Προσρόφηση νερού μέσααργιλοπυριτικό νάτριοπου έχει εγκριθεί από τον FDA (βλπαρακάτω) χρησιμοποιείται ως μοριακό κόσκινο σε ιατρικά δοχεία για να διατηρείται το περιεχόμενο στεγνό και ωςπρόσθετο τροφίμωνέχονταςΗλεκτρονικός αριθμόςE-554 (αντιπηκτικό); Προτιμάται για στατική αφυδάτωση σε κλειστά συστήματα υγρών ή αερίων, π.χ. σε συσκευασία φαρμάκων, ηλεκτρικών εξαρτημάτων και ευπαθών χημικών ουσιών. σάρωση νερού σε συστήματα εκτύπωσης και πλαστικών και ξήρανση κορεσμένων ρευμάτων υδρογονανθράκων. Τα προσροφημένα είδη περιλαμβάνουν SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 και C3H6. Γενικά θεωρείται γενικός παράγοντας ξήρανσης σε πολικά και μη πολικά μέσα.[12]διαχωρισμός τουφυσικό αέριοκαιαλκένια, προσρόφηση νερού σε μη ευαίσθητο στο άζωτοπολυουρεθάνης
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Απολίπανση και κατάθλιψη σημείου απόχυσηςαεροπορία πετρέλαιοκαιντίζελκαι διαχωρισμός αλκενίων
5Å μικρό εμπλουτισμένο με οξυγόνο	5	0,4–0,8	≥23		Ειδικά σχεδιασμένο για ιατρική ή υγιή γεννήτρια οξυγόνου[απαιτείται παραπομπή]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Ξήρανση και καθαρισμός του αέρα.αφυδάτωσηκαιαποθείωσητου φυσικού αερίου καιυγρό αέριο πετρελαίου;οξυγόνοκαιυδρογόνοπαραγωγή απόπροσρόφηση ταλάντευσης πίεσηςδιαδικασία
10Χ	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Υψηλής απόδοσης απορρόφηση, που χρησιμοποιείται στην αποξήρανση, την απανθράκωση, την αποθείωση αερίων και υγρών και τον διαχωρισμόαρωματικός υδρογονάνθρακας
13Χ	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Ξήρανση, αποθείωση και καθαρισμός αερίου πετρελαίου και φυσικού αερίου
13Χ-ΑΣ	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Εξανθράκωσηκαι αποξήρανση 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) τουαεροπορικά καύσιμακαι αντίστοιχουγρούς υδρογονάνθρακες

Δυνατότητες προσρόφησης

3Å

Χημικός τύπος κατά προσέγγιση: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3• 2 SiO2 • 9/2 H2O

Αναλογία πυριτίου-αλουμίνας: SiO2/ Al2O3≈2

Παραγωγή

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

Χρήση

Τα μοριακά κόσκινα 3Α δεν προσροφούν μόρια των οποίων η διάμετρος είναι μεγαλύτερη από 3 Å. Τα χαρακτηριστικά αυτών των μοριακών κόσκινων περιλαμβάνουν γρήγορη ταχύτητα προσρόφησης, συχνή ικανότητα αναγέννησης, καλή αντοχή στη σύνθλιψη καιαντοχή στη ρύπανση. Αυτά τα χαρακτηριστικά μπορούν να βελτιώσουν τόσο την απόδοση όσο και τη διάρκεια ζωής του κόσκινου. Τα μοριακά κόσκινα 3Α είναι το απαραίτητο ξηραντικό στις βιομηχανίες πετρελαίου και χημικών για τη διύλιση λαδιού, τον πολυμερισμό και την ξήρανση σε βάθος χημικού αερίου-υγρού.

Τα μοριακά κόσκινα 3Å χρησιμοποιούνται για την ξήρανση μιας σειράς υλικών, όπως π.χαιθανόλη, αέρας,ψυκτικά,φυσικό αέριοκαιακόρεστους υδρογονάνθρακες. Τα τελευταία περιλαμβάνουν αέριο πυρόλυσης,ασετυλίνη,αιθυλένιο,προπυλένιοκαιβουταδιένιο.

Το μοριακό κόσκινο 3Å χρησιμοποιείται για την αφαίρεση του νερού από την αιθανόλη, η οποία μπορεί αργότερα 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 αφαιρέσει όλο το νερό (ανεπιθύμητο υποπροϊόν από την παραγωγή αιθανόλης) από τα ρεύματα διεργασίας αιθανόλης λόγω του σχηματισμούαζεότροποσε συγκέντρωση περίπου 95,6 τοις εκατό κατά βάρος, σφαιρίδια μοριακού κόσκινου χρησιμοποιούνται για τον διαχωρισμό της αιθανόλης και του νερού σε μοριακό επίπεδο, απορροφώντας το νερό στα σφαιρίδια και αφήνοντας την αιθανόλη να περάσει ελεύθερα. Μόλις τα σφαιρίδια γεμίσουν με νερό, η θερμοκρασία ή η πίεση μπορούν να ρυθμιστούν, επιτρέποντας στο νερό να απελευθερωθεί από τα σφαιρίδια του μοριακού κόσκινου.[15]

Τα μοριακά κόσκινα 3Å αποθηκεύονται σε θερμοκρασία δωματίου, με σχετική υγρασία όχι μεγαλύτερη από 90%. Σφραγίζονται υπό μειωμένη πίεση, διατηρούνται μακριά από νερό, οξέα και αλκάλια.

4Å

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

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

Παραγωγή

Η παραγωγή κόσκινου 4Α είναι σχετικά απλή καθώς δεν απαιτεί ούτε υψηλές πιέσεις ούτε ιδιαίτερα υψηλές θερμοκρασίες. Τυπικά υδατικά διαλύματα τουπυριτικό νάτριοκαιαργιλικό νάτριοσυνδυάζονται στους 80 °C. Το εμποτισμένο με διαλύτη προϊόν "ενεργοποιείται" με "ψήσιμο" στους 400 °C. Τα κόσκινα 4Α χρησιμεύουν ως πρόδρομος στα κόσκινα 3Α και 5Α.ανταλλαγή 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 Α, όπως NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 και C2H4. Χρησιμοποιούνται ευρέως στην ξήρανση, τον καθαρισμό και τον καθαρισμό υγρών και αερίων (όπως η παρασκευή αργού).

 

πρόσθετα παράγοντα πολυεστέρα[εκδίδω]

Αυτά τα μοριακά κόσκινα χρησιμοποιούνται για να βοηθήσουν τα απορρυπαντικά καθώς μπορούν να παράγουν απιονισμένο νερόασβέστιοανταλλαγή ιόντων, αφαιρέστε και αποτρέψτε την εναπόθεση ρύπων. Χρησιμοποιούνται ευρέως για αντικατάστασηφώσφορος. Το μοριακό κόσκινο 4Α παίζει σημαντικό ρόλο στην αντικατάσταση του τριπολυφωσφορικού νατρίου ως βοηθητικό απορρυπαντικό προκειμένου να μετριάσει τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις του απορρυπαντικού. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως ασαπούνιπαράγοντας διαμόρφωσης και σεοδοντόκρεμα.

Επεξεργασία επιβλαβών αποβλήτων

Τα μοριακά κόσκινα 4Å μπορούν να καθαρίσουν τα λύματα κατιονικών ειδών όπωςαμμώνιοιόντα, Pb2+, Cu2+, Zn2+ και Cd2+. Λόγω της υψηλής επιλεκτικότητας για NH4+ έχουν εφαρμοστεί με επιτυχία στο πεδίο για την καταπολέμησηευτροφισμόςκαι άλλες επιπτώσεις στις πλωτές οδούς λόγω υπερβολικών ιόντων αμμωνίου. Μοριακά κόσκινα 4Α έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί για την αφαίρεση ιόντων βαρέων μετάλλων που υπάρχουν στο νερό λόγω βιομηχανικών δραστηριοτήτων.

Άλλοι σκοποί

Ομεταλλουργική βιομηχανία: παράγοντας διαχωρισμού, διαχωρισμός, εκχύλιση άλμης καλίου,ρουβίνιο,καίσιοκ.λπ.

Πετροχημική βιομηχανία,καταλύτης,αποξηραντικό, προσροφητικό

Γεωργία:εδαφοβελτιωτικό

Φάρμακο: φορτίο ασήμιζεόλιθοςαντιβακτηριδιακός παράγοντας.

5Å

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

Αναλογία πυριτίου-αλουμίνας: SiO2/ Al2O3≈2

Παραγωγή

Τα μοριακά κόσκινα 5Α παράγονται με ανταλλαγή κατιόντων τουασβέστιογιανάτριοσε μοριακά κόσκινα 4Α (βλ. παραπάνω)

Χρήση

Πέντε-ångström(5Α) μοριακά κόσκινα χρησιμοποιούνται συχνά στοπετρέλαιοβιομηχανία, ειδικά για τον καθαρισμό των ρευμάτων αερίων και στο εργαστήριο χημείας για διαχωρισμόενώσειςκαι τα υλικά έναρξης της αντίδρασης ξήρανσης. Περιέχουν μικροσκοπικούς πόρους ακριβούς και ομοιόμορφου μεγέθους και χρησιμοποιούνται κυρίως ως προσροφητικό για αέρια και υγρά.

Για την ξήρανση χρησιμοποιούνται μοριακά κόσκινα πέντε ångströmφυσικό αέριο, μαζί με την παράστασηαποθείωσηκαιαπανθρακοποίησητου αερίου. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τον διαχωρισμό μιγμάτων οξυγόνου, αζώτου και υδρογόνου, και ν-υδρογονανθράκων ελαίου-κεριού από διακλαδισμένους και πολυκυκλικούς υδρογονάνθρακες.

Τα μοριακά κόσκινα πέντε-ångström αποθηκεύονται σε θερμοκρασία δωματίου, με ασχετική υγρασίαλιγότερο από 90% σε βαρέλια από χαρτόνι ή χάρτινες συσκευασίες. Τα μοριακά κόσκινα δεν πρέπει να εκτίθενται απευθείας στον αέρα και το νερό, τα οξέα και τα αλκάλια πρέπει να αποφεύγονται.

Μορφολογία μοριακών κόσκινων

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

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