Moleküler elek, aynı boyutta gözeneklere (çok küçük deliklere) sahip bir malzemedir.

Moleküler elek, aynı boyutta gözeneklere (çok küçük deliklere) sahip bir malzemedir. Bu gözenek çapları boyut olarak küçük moleküllere benzer ve bu nedenle büyük moleküller giremez veya adsorbe edilemez, oysa daha küçük moleküller girebilir. Bir molekül karışımı, elek (veya matris) olarak adlandırılan gözenekli, yarı katı maddenin sabit yatağından geçerken, en yüksek moleküler ağırlığa sahip bileşenler (moleküler gözeneklere geçemeyen) yatağı ilk önce terk eder, bunu sırasıyla daha küçük moleküller takip eder. Bazı moleküler elekler, molekülleri boyutlarına göre ayıran bir ayırma tekniği olan boyut dışlama kromatografisinde kullanılır. Kurutucu olarak diğer moleküler elekler kullanılır (bazı örnekler arasında aktif kömür ve silika jel bulunur).
Bir moleküler eleğin gözenek çapı angström (Å) veya nanometre (nm) cinsinden ölçülür. IUPAC notasyonuna göre, mikro gözenekli malzemelerin gözenek çapları 2 nm'den (20 Å) küçüktür ve makro gözenekli malzemelerin gözenek çapları 50 nm'den (500 Å) büyüktür; bu nedenle mezo-gözenekli kategori, 2 ila 50 nm (20-500 Å) arasındaki gözenek çaplarıyla ortada yer alır.
Malzemeler
Moleküler elekler mikro gözenekli, mezo gözenekli veya makro gözenekli malzeme olabilir.
Mikro gözenekli malzeme (
●Zeolitler (alüminosilikat mineralleri, alüminyum silikat ile karıştırılmamalıdır)
●Zeolit ​​LTA: 3–4 Å
●Gözenekli cam: 10 Å (1 nm) ve üzeri
●Aktif karbon: 0–20 Å (0–2 nm) ve üzeri
●Killer
●Montmorillonit karışımları
●Halloysit (endellit): İki yaygın form bulunur; kil, hidratlandığında katmanlar arasında 1 nm'lik bir aralık gösterir ve dehidre olduğunda (meta-halloysit) aralık 0,7 nm'dir. Halloysit doğal olarak ortalama 30 nm çapında ve uzunlukları 0,5 ila 10 mikrometre arasında olan küçük silindirler halinde oluşur.
Mezogözenekli malzeme (2–50 nm)
Silikon dioksit (silika jeli yapmak için kullanılır): 24 Å (2,4 nm)
Büyük gözenekli malzeme (>50 nm)
Büyük gözenekli silika, 200–1000 Å (20–100 nm)
Uygulamalar
Moleküler elekler genellikle petrol endüstrisinde, özellikle gaz akımlarını kurutmak için kullanılır. Örneğin sıvı doğal gaz (LNG) endüstrisinde buz veya metan klatrat nedeniyle oluşan tıkanmaların önlenmesi için gazın su içeriğinin 1 ppmv'nin altına düşürülmesi gerekmektedir.
Laboratuvarda solventi kurutmak için moleküler elekler kullanılmaktadır. "Elekler"in, genellikle agresif kurutucu maddeler kullanan geleneksel kurutma tekniklerinden daha üstün olduğu kanıtlanmıştır.
Zeolitler terimi altında moleküler elekler çok çeşitli katalitik uygulamalar için kullanılır. İzomerizasyon, alkilasyon ve epoksidasyonu katalize ederler ve hidrokraking ve sıvı katalitik kraking dahil olmak üzere büyük ölçekli endüstriyel işlemlerde kullanılırlar.
Ayrıca, örneğin tüplü dalgıçlar ve itfaiyeciler tarafından kullanılanlar gibi, solunum cihazları için hava kaynaklarının filtrelenmesinde de kullanılırlar. Bu tür uygulamalarda hava, bir hava kompresörü tarafından sağlanır ve uygulamaya bağlı olarak moleküler elek ve/veya aktif karbonla doldurulan bir kartuş filtreden geçirilir ve son olarak solunum havası tanklarını doldurmak için kullanılır. Bu tür bir filtreleme, partikülleri giderebilir. ve solunum havası beslemesinden gelen kompresör egzoz ürünleri.
FDA onayı.
ABD FDA, 1 Nisan 2012 itibarıyla, 21 CFR 182.2727 uyarınca sarf malzemeleriyle doğrudan temas için sodyum alüminosilikatı onayladı. Bu onaydan önce Avrupa Birliği, farmasötik ürünlerde moleküler elekler kullanıyordu ve bağımsız testler, moleküler eleklerin tüm hükümet gerekliliklerini karşıladığını öne sürüyordu ancak endüstri, hükümetin onayı için gereken pahalı testleri finanse etme konusunda isteksizdi.
Yenilenme
Moleküler eleklerin yenilenmesine yönelik yöntemler arasında basınç değişimi (oksijen yoğunlaştırıcılarda olduğu gibi), ısıtma ve taşıyıcı gazla temizleme (etanol dehidrasyonunda kullanıldığı gibi) veya yüksek vakum altında ısıtma yer alır. Rejenerasyon sıcaklıkları, moleküler elek tipine bağlı olarak 175 °C (350 °F) ile 315 °C (600 °F) arasında değişir. Buna karşılık silika jel, normal bir fırında 120 °C'ye (250 °F) iki saat süreyle ısıtılarak yeniden üretilebilir. Bununla birlikte, bazı silika jel türleri yeterli suya maruz kaldığında "patlayacaktır". Bunun nedeni silika küreciklerinin su ile temas ettiğinde kırılmasıdır.

Modeli	Gözenek çapı (Angström)	Toplu yoğunluk (g/ml)	Adsorbe edilmiş su (% a/a)	Yıpranma veya aşınma, W(% a/a)	Kullanım
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Kurumaile ilgilipetrol çatlamasıgaz ve alkenler, H2O'nun seçici adsorpsiyonuyalıtımlı cam (IG)ve poliüretanın kurutulmasıetanol yakıtıBenzinle karıştırmak için.
4Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Suyun adsorpsiyonusodyum alüminosilikatFDA onaylıdır (bkz.altında) tıbbi kaplarda içeriği kuru tutmak için moleküler elek olarak kullanılır vegıda katkı maddesisahip olmakE-numarasıE-554 (topaklanmayı önleyici madde); Kapalı sıvı veya gaz sistemlerinde, örneğin ilaçların, elektrikli bileşenlerin ve çabuk bozulabilen kimyasalların paketlenmesinde statik dehidrasyon için tercih edilir; Baskı ve plastik sistemlerinde su temizleme ve doymuş hidrokarbon akışlarının kurutulması. Adsorplanan türler arasında SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 ve C3H6 bulunur. Genel olarak polar ve polar olmayan ortamlarda evrensel bir kurutma maddesi olarak kabul edilir;[12]ayrılmasıdoğal gazVealkenlernitrojene duyarlı olmayan ortamlarda suyun adsorpsiyonupoliüretan
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Yağ giderme ve akma noktası alçalmasıhavacılık gazyağıVedizelve alkenlerin ayrılması
5Å küçük oksijenle zenginleştirilmiş	5	0,4–0,8	≥23		Tıbbi veya sağlıklı oksijen jeneratörü için özel olarak tasarlanmıştır.alıntı gerekli]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Havanın kurutulması ve saflaştırılması;dehidrasyonVekükürt gidermedoğal gaz vesıvı petrol gazı;oksijenVehidrojentarafından üretimbasınç salınımı adsorpsiyonuişlem
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Gaz ve sıvıların kurutulması, karbondan arındırılması, kükürtten arındırılması ve ayrılmasında kullanılan yüksek verimli soğurmaaromatik hidrokarbon
13X	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Petrol gazı ve doğal gazın kurutulması, kükürtten arındırılması ve saflaştırılması
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	DekarburizasyonHava ayırma endüstrisinde kurutma ve kurutma, oksijen konsantratörlerinde nitrojenin oksijenden ayrılması
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Tatlandırıcı(kaldırılmasıtiyoller) ile ilgilihavacılık yakıtıve karşılık gelensıvı hidrokarbonlar

Adsorpsiyon yetenekleri

3Å

Yaklaşık kimyasal formül: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3• 2 SiO2 • 9/2 H2O

Silika-alümina oranı: SiO2/ Al2O3≈2

Üretme

3A moleküler elekler katyon değişimi ile üretilir.potasyumiçinsodyum4A moleküler eleklerde (Aşağıya bakın)

Kullanım

3Å moleküler elekler, çapı 3 Å'dan büyük olan molekülleri adsorbe etmez. Bu moleküler eleklerin özellikleri arasında hızlı adsorpsiyon hızı, sık rejenerasyon yeteneği, iyi ezilme direnci vekirlilik direnci. Bu özellikler eleğin hem verimliliğini hem de ömrünü artırabilir. 3Å moleküler elekler, petrol ve kimya endüstrilerinde yağın rafine edilmesi, polimerizasyon ve kimyasal gaz-sıvı derinliğinde kurutma için gerekli kurutucudur.

3Å moleküler elekler aşağıdakiler gibi çeşitli malzemeleri kurutmak için kullanılır:etanol, hava,soğutucular,doğal gazVedoymamış hidrokarbonlar. İkincisi çatlama gazını içerir,asetilen,etilen,propilenVebütadien.

3Å moleküler elek, daha sonra doğrudan biyoyakıt olarak veya dolaylı olarak kimyasallar, gıdalar, farmasötikler ve daha fazlası gibi çeşitli ürünler üretmek için kullanılabilen etanolden suyu çıkarmak için kullanılır. Normal damıtma, etanol proses akışlarından suyun tamamını (etanol üretiminin istenmeyen bir yan ürünü) çıkaramadığı için,azeotropAğırlıkça yaklaşık yüzde 95,6 konsantrasyonda moleküler elek boncukları, suyu boncuklara adsorbe ederek ve etanolün serbestçe geçmesine izin vererek etanol ve suyu moleküler düzeyde ayırmak için kullanılır. Boncuklar suyla dolduğunda, sıcaklık veya basınç değiştirilebilir ve suyun moleküler elek boncuklarından salınmasına izin verilir.[15]

3Å moleküler elekler, bağıl nemin %90'ı aşmadığı oda sıcaklığında saklanır. Düşük basınç altında kapatılarak su, asit ve alkalilerden uzak tutulur.

4Å

Kimyasal formül: Na2O•Al2O3•2SiO2•9/2H2O

Silikon-alüminyum oranı: 1:1 (SiO2/ Al2O3≈2)

Üretme

4Å eleğin üretimi, ne yüksek basınç ne de özellikle yüksek sıcaklık gerektirmediğinden nispeten basittir. Tipik olarak sulu çözeltilersodyum silikatVesodyum alüminat80 °C'de birleştirilir. Solvent emdirilmiş ürün, 400 °C'de "pişirilerek" "aktive edilir". 4A elekleri, 3A ve 5A eleklerinin öncüsü olarak görev yapar.katyon değişimiile ilgilisodyumiçinpotasyum(3A için) veyakalsiyum(5A için)

Kullanım

Kurutma solventleri

4Å moleküler elekler laboratuvar solventlerini kurutmak için yaygın olarak kullanılır. Suyu ve kritik çapı 4 Å'dan küçük olan NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 ve C2H4 gibi diğer molekülleri absorbe edebilirler. Sıvı ve gazların kurutulması, rafine edilmesi ve saflaştırılmasında (argonun hazırlanması gibi) yaygın olarak kullanılırlar.

 

Polyester madde katkı maddeleri[düzenlemek]

Bu moleküler elekler, demineralize su üretebildikleri için deterjanlara yardımcı olmak için kullanılır.kalsiyumiyon değişimi, kirin birikmesini giderir ve önler. Değiştirmek için yaygın olarak kullanılırlarfosfor. 4Å moleküler elek, deterjanın çevresel etkisini azaltmak amacıyla deterjan yardımcı maddesi olarak sodyum tripolifosfatın yerini almada önemli bir rol oynar. Aynı zamanda birsabunoluşturucu ajan vediş macunu.

Zararlı atık arıtma

4Å moleküler elekler, kanalizasyondaki katyonik türlerin arıtılmasını sağlayabilir.amonyumiyonlar, Pb2+, Cu2+, Zn2+ ve Cd2+. NH4+'ya yönelik yüksek seçicilik nedeniyle sahada başarıyla uygulanmıştır.ötrofikasyonve aşırı amonyum iyonları nedeniyle su yollarındaki diğer etkiler. 4Å moleküler elekler ayrıca endüstriyel faaliyetlerden dolayı suda bulunan ağır metal iyonlarını uzaklaştırmak için de kullanılmaktadır.

Diğer amaçlar

metalurji endüstrisi: ayırma maddesi, ayırma, tuzlu su potasyumunun ekstraksiyonu,rubidyum,sezyum, vesaire.

Petrokimya endüstrisi,katalizör,kurutucu, adsorban

Tarım:toprak düzenleyici

Tıp: gümüş yüklezeolitantibakteriyel ajan.

5Å

Kimyasal formül: 0.7CaO•0.30Na2O•Al2O3•2.0SiO2 •4.5H2O

Silika-alümina oranı: SiO2/ Al2O3≈2

Üretme

5A moleküler elekler katyon değişimi ile üretilirkalsiyumiçinsodyum4A moleküler eleklerde (Yukarıya bakın)

Kullanım

Beş-Angström(5Å) moleküler elekler sıklıkla kullanılır.petrolendüstride, özellikle gaz akışlarının saflaştırılmasında ve kimya laboratuvarlarında ayrıştırma içinbileşiklerve reaksiyon başlangıç ​​malzemelerinin kurutulması. Kesin ve tekdüze boyutta küçük gözenekler içerirler ve esas olarak gazlar ve sıvılar için adsorban olarak kullanılırlar.

Beş-angström moleküler elekler kurutmak için kullanılırdoğal gazperformans sergilemenin yanı sırakükürt gidermeVedekarbonasyongazdan. Ayrıca oksijen, nitrojen ve hidrojen karışımlarını ve yağ-mum n-hidrokarbonlarını dallanmış ve polisiklik hidrokarbonlardan ayırmak için de kullanılabilirler.

Beş-angström moleküler elekler oda sıcaklığında saklanır.bağıl nemkarton varillerde veya karton ambalajlarda %90'dan az. Moleküler elekler doğrudan hava ve suya maruz bırakılmamalı, asit ve alkalilerden kaçınılmalıdır.

Moleküler eleklerin morfolojisi

Moleküler elekler çeşitli şekil ve boyutlarda mevcuttur. Ancak küresel boncuklar diğer şekillere göre daha düşük basınç düşüşü sağladıklarından, keskin kenarlara sahip olmadıkları için aşınmaya karşı dirençli olduklarından ve iyi bir dayanıklılığa sahip olduklarından, yani birim alan başına gereken ezilme kuvveti daha yüksek olduğundan avantajlıdır. Bazı boncuklu moleküler elekler daha düşük ısı kapasitesi sunar, dolayısıyla rejenerasyon sırasında daha düşük enerji gereksinimi olur.

Boncuklu moleküler elek kullanmanın diğer avantajı, kütle yoğunluğunun genellikle diğer şekle göre daha yüksek olmasıdır, dolayısıyla aynı adsorpsiyon gereksinimi için gereken moleküler elek hacmi daha azdır. Bu nedenle, darboğaz giderme işlemi yapılırken boncuklu moleküler elekler kullanılabilir, aynı hacimde daha fazla adsorban yüklenebilir ve herhangi bir kap modifikasyonundan kaçınılabilir.