Un sedàs molecular és un material amb porus (forats molt petits) de mida uniforme

Un sedàs molecular és un material amb porus (forats molt petits) de mida uniforme. Aquests diàmetres de porus són similars en mida a les molècules petites i, per tant, les molècules grans no poden entrar ni ser adsorbides, mentre que les molècules més petites sí. A mesura que una barreja de molècules migra a través del llit estacionari de substància porosa i semisòlida anomenada sedàs (o matriu), els components de pes molecular més alt (que no poden passar als porus moleculars) abandonen primer el llit, seguits de molècules successivament més petites. Alguns sedàs moleculars s'utilitzen en cromatografia d'exclusió per mida, una tècnica de separació que classifica les molècules en funció de la seva mida. Altres sedàs moleculars s'utilitzen com a dessecants (alguns exemples inclouen carbó activat i gel de sílice).
El diàmetre dels porus d'un tamís molecular es mesura en ångströms (Å) o nanòmetres (nm). Segons la notació IUPAC, els materials microporosos tenen diàmetres de porus inferiors a 2 nm (20 Å) i els materials macroporosos tenen diàmetres de porus superiors a 50 nm (500 Å); la categoria mesoporosa, per tant, es troba al mig, amb diàmetres de porus entre 2 i 50 nm (20–500 Å).
Materials
Els tamisos moleculars poden ser de material microporós, mesoporós o macroporós.
Material microporós (
●Zeolites (minerals d'aluminosilicat, que no s'han de confondre amb el silicat d'alumini)
●Zeolita LTA: 3–4 Å
●Vidre porós: 10 Å (1 nm) i més
●Carbó actiu: 0–20 Å (0–2 nm) i més
●Argiles
●Interbarreges de montmorillonita
●Halloisita (endelita): Es troben dues formes comunes, quan s'hidrata l'argila presenta un espaiament de les capes d'1 nm i quan es deshidrata (meta-halloisita) l'espaiament és de 0,7 nm. L'halloisita es presenta naturalment com a petits cilindres que tenen una mitjana de 30 nm de diàmetre amb longituds d'entre 0,5 i 10 micròmetres.
Material mesoporós (2–50 nm)
Diòxid de silici (utilitzat per fer gel de sílice): 24 Å (2,4 nm)
Material macroporós (>50 nm)
Sílice macroporosa, 200–1000 Å (20–100 nm)
Aplicacions[modifica]
Els tamisos moleculars s'utilitzen sovint a la indústria del petroli, especialment per assecar corrents de gas. Per exemple, a la indústria del gas natural líquid (GNL), cal reduir el contingut d'aigua del gas a menys d'1 ppmv per evitar bloquejos causats per gel o clatrat de metà.
Al laboratori, els tamisos moleculars s'utilitzen per assecar dissolvents. Els "tamisos" han demostrat ser superiors a les tècniques d'assecat tradicionals, que sovint utilitzen dessecants agressius.
Sota el terme zeolites, els tamisos moleculars s'utilitzen per a una àmplia gamma d'aplicacions catalítiques. Catalitzen la isomerització, l'alquilació i l'epoxidació, i s'utilitzen en processos industrials a gran escala, com ara l'hidrocraqueig i el craqueig catalític fluid.
També s'utilitzen en la filtració de subministraments d'aire per a aparells respiratoris, per exemple, els que utilitzen els submarinistes i els bombers. En aquestes aplicacions, l'aire és subministrat per un compressor d'aire i es passa a través d'un filtre de cartutx que, depenent de l'aplicació, s'omple amb un sedàs molecular i/o carbó activat, i finalment s'utilitza per carregar els dipòsits d'aire respirable. Aquesta filtració pot eliminar partícules i productes d'escapament del compressor del subministrament d'aire respirable.
Aprovació de la FDA.
La FDA dels EUA ha aprovat, a partir de l'1 d'abril de 2012, l'aluminosilicat de sodi per al contacte directe amb articles consumibles segons la norma 21 CFR 182.2727. Abans d'aquesta aprovació, la Unió Europea havia utilitzat tamisos moleculars amb productes farmacèutics i proves independents suggerien que els tamisos moleculars complien tots els requisits governamentals, però la indústria no havia estat disposada a finançar les costoses proves necessàries per a l'aprovació governamental.
Regeneració
Els mètodes per a la regeneració de tamisos moleculars inclouen el canvi de pressió (com en els concentradors d'oxigen), l'escalfament i la purga amb un gas portador (com quan s'utilitza en la deshidratació d'etanol) o l'escalfament a alt buit. Les temperatures de regeneració oscil·len entre els 175 °C i els 315 °C, depenent del tipus de tamís molecular. En canvi, el gel de sílice es pot regenerar escalfant-lo en un forn normal a 120 °C durant dues hores. Tanmateix, alguns tipus de gel de sílice "esclaten" quan s'exposen a prou aigua. Això és causat per la ruptura de les esferes de sílice en entrar en contacte amb l'aigua.

Model	Diàmetre del porus (Ångström)	Densitat aparent (g/ml)	Aigua adsorbida (% p/p)	Desgast o abrasió, W(% p/p)	Ús
3 Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Dessecaciódecraqueig del petroligas i alquens, adsorció selectiva d'H2O envidre aïllant (IG)i poliuretà, assecat decombustible d'etanolper barrejar amb gasolina.
4 Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Adsorció d'aigua enaluminosilicat de sodique està aprovat per la FDA (vegeua sota) utilitzat com a sedàs molecular en recipients mèdics per mantenir el contingut sec i com aadditiu alimentaritenintNúmero electrònicE-554 (agent antiaglomerant); Preferit per a la deshidratació estàtica en sistemes tancats de líquids o gasos, p. ex., en l'envasament de medicaments, components elèctrics i productes químics peribles; la captura d'aigua en sistemes d'impressió i plàstics i l'assecat de corrents d'hidrocarburs saturats. Les espècies adsorbides inclouen SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 i C3H6. Generalment es considera un agent assecant universal en medis polars i no polars;[12]separació degas naturalialquens, adsorció d'aigua en medis no sensibles al nitrogenpoliuretà
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Desgreixatge i depressió del punt de fusió deaviació querosèidièseli separació d'alquens
5 Å enriquit amb oxigen petit	5	0,4–0,8	≥23		Especialment dissenyat per a generadors d'oxigen mèdics o saludablescitació necessària]
5 Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Dessecació i purificació de l'aire;deshidratacióidessulfuracióde gas natural igas liquat de petroli;oxigenihidrogenproducció peradsorció per oscil·lació de pressióprocés
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Sorció d'alta eficiència, utilitzada en la dessecació, descarburació, desulfuració de gasos i líquids i separació dehidrocarbur aromàtic
13X	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Dessecació, dessulfuració i purificació de gas de petroli i gas natural
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Descarburaciói dessecació en la indústria de separació d'aire, separació de nitrogen de l'oxigen en concentradors d'oxigen
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Endolciment(eliminació detiols) decombustible d'aviaciói corresponenthidrocarburs líquids

Capacitats d'adsorció

3 Å

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

Relació sílice-alúmina: SiO2/Al2O3≈2

Producció

Els tamisos moleculars 3A es produeixen per intercanvi catiònic depotassipersodien tamisos moleculars 4A (vegeu més avall)

Ús

Els tamisos moleculars de 3 Å no adsorbeixen molècules amb diàmetres superiors a 3 Å. Les característiques d'aquests tamisos moleculars inclouen una velocitat d'adsorció ràpida, una capacitat de regeneració freqüent, una bona resistència a la trituració iresistència a la contaminacióAquestes característiques poden millorar tant l'eficiència com la vida útil del sedàs. Els sedàs moleculars de 3 Å són el dessecant necessari en les indústries del petroli i la química per al refinament del petroli, la polimerització i l'assecatge químic en profunditat de gas-líquid.

Els tamisos moleculars de 3 Å s'utilitzen per assecar una varietat de materials, com araetanol, aire,refrigerants,gas naturalihidrocarburs insaturatsAquests últims inclouen gas de craqueig,acetilè,etilè,propilèibutadiè.

El sedàs molecular de 3 Å s'utilitza per eliminar l'aigua de l'etanol, que posteriorment es pot utilitzar directament com a biocombustible o indirectament per produir diversos productes com ara productes químics, aliments, productes farmacèutics i més. Com que la destil·lació normal no pot eliminar tota l'aigua (un subproducte indesitjable de la producció d'etanol) dels corrents del procés d'etanol a causa de la formació d'unazeòtropAmb una concentració d'aproximadament el 95,6 per cent en pes, les perles de tamís molecular s'utilitzen per separar l'etanol i l'aigua a nivell molecular adsorbint l'aigua a les perles i permetent que l'etanol passi lliurement. Un cop les perles estan plenes d'aigua, es pot manipular la temperatura o la pressió, permetent que l'aigua s'alliberi de les perles del tamís molecular.[15]

Els tamisos moleculars de 3 Å s'emmagatzemen a temperatura ambient, amb una humitat relativa no superior al 90%. Es segellen a pressió reduïda, mantenint-se allunyats de l'aigua, els àcids i els àlcalis.

4 Å

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

Relació silici-alumini: 1:1 (SiO2/ Al2O3≈2)

Producció

La producció d'un sedàs de 4 Å és relativament senzilla, ja que no requereix ni pressions elevades ni temperatures particularment elevades. Normalment, solucions aquoses desilicat de sodiialuminat de sodies combinen a 80 °C. El producte impregnat amb dissolvent s'"activa" mitjançant la "cocció" a 400 °C. Els tamisos 4A serveixen com a precursors dels tamisos 3A i 5A a través deintercanvi catiònicdesodiperpotassi(per a 3A) ocalci(per a 5A)

Ús

Dissolvents d'assecat

Els tamisos moleculars de 4 Å s'utilitzen àmpliament per assecar dissolvents de laboratori. Poden absorbir aigua i altres molècules amb un diàmetre crític inferior a 4 Å com ara NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 i C2H4. S'utilitzen àmpliament en l'assecat, el refinament i la purificació de líquids i gasos (com ara la preparació d'argó).

 

Additius d'agent de polièstereditar]

Aquests tamisos moleculars s'utilitzen per ajudar els detergents, ja que poden produir aigua desmineralitzada mitjançantcalciintercanvi iònic, eliminar i prevenir la deposició de brutícia. S'utilitzen àmpliament per substituirfòsforEl tamís molecular de 4 Å juga un paper important en substitució del tripolifosfat de sodi com a auxiliar de detergents per tal de mitigar l'impacte ambiental del detergent. També es pot utilitzar com asabóagent formador i enpasta de pasta.

Tractament de residus nocius

Els tamisos moleculars de 4 Å poden purificar les aigües residuals d'espècies catiòniques com araamoniions, Pb2+, Cu2+, Zn2+ i Cd2+. A causa de l'alta selectivitat per NH4+, s'han aplicat amb èxit al camp per combatreeutrofitzaciói altres efectes en les vies navegables a causa de l'excés d'ions d'amoni. També s'han utilitzat tamisos moleculars de 4 Å per eliminar ions de metalls pesants presents a l'aigua a causa d'activitats industrials.

Altres finalitats

Elindústria metal·lúrgicaagent separador, separació, extracció de salmorra potàssica,rubidi,cesi, etc.

indústria petroquímica,catalitzador,dessecant, adsorbent

Agricultura:condicionador del sòl

Medicina: càrrega de platazeolitaagent antibacterià.

5 Å

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

Relació sílice-alúmina: SiO2/Al2O3≈2

Producció

Els tamisos moleculars 5A es produeixen per intercanvi catiònic decalcipersodien tamisos moleculars 4A (vegeu més amunt)

Ús

Cinc-ångströmEls tamisos moleculars de 5 Å s'utilitzen sovint enpetroliindústria, especialment per a la purificació de corrents de gasos i al laboratori de química per a la separaciócompostosi materials de partida per a reaccions d'assecat. Contenen porus diminuts d'una mida precisa i uniforme, i s'utilitzen principalment com a adsorbent per a gasos i líquids.

Els tamisos moleculars de cinc Ångström s'utilitzen per assecargas natural, juntament amb l'actuaciódessulfuracióidecarbonataciódel gas. També es poden utilitzar per separar mescles d'oxigen, nitrogen i hidrogen, i n-hidrocarburs de cera d'oli d'hidrocarburs ramificats i policíclics.

Els tamisos moleculars de cinc ångström s'emmagatzemen a temperatura ambient, amb unahumitat relativamenys del 90% en barrils de cartró o envasos de cartró. Els tamisos moleculars no s'han d'exposar directament a l'aire i s'han d'evitar els àcids i els àlcalis.

Morfologia dels tamisos moleculars

Els tamisos moleculars estan disponibles en diverses formes i mides. Però les perles esfèriques tenen un avantatge sobre altres formes, ja que ofereixen una menor caiguda de pressió, són resistents a l'atrit, ja que no tenen vores afilades, i tenen una bona resistència, és a dir, la força d'aixafament necessària per unitat de superfície és més alta. Alguns tamisos moleculars amb perles ofereixen una menor capacitat calorífica, per tant, menors necessitats d'energia durant la regeneració.

L'altre avantatge d'utilitzar tamisos moleculars de perles és que la densitat aparent sol ser més alta que la d'altres formes, per tant, per al mateix requisit d'adsorció, el volum de tamís molecular necessari és menor. Així, en eliminar els colls d'ampolla, es poden utilitzar tamisos moleculars de perles, carregar més adsorbent en el mateix volum i evitar qualsevol modificació del recipient.