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

Un tamís molecular és un material amb porus (forats molt petits) de mida uniforme. Aquests diàmetres de porus són de mida similar 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 garbell (o matriu), els components de pes molecular més alt (que no poden passar als porus moleculars) surten primer del llit, seguit de molècules successivament més petites. Alguns tamisos moleculars s'utilitzen en la cromatografia d'exclusió de mida, una tècnica de separació que classifica les molècules en funció de la seva mida. Altres tamisos moleculars s'utilitzen com a dessecants (alguns exemples inclouen carbó activat i gel de sílice).
El diàmetre de 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 es troba doncs al mig amb diàmetres de porus entre 2 i 50 nm (20–500 Å).
Materials
Els tamisos moleculars poden ser material microporós, mesoporós o macroporós.
Material microporós (
●Zeolites (minerals d'aluminosilicat, que no s'han de confondre amb 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
●Montmorillonita entremescla
●Halloysite (endelita): es troben dues formes comunes, quan s'hidrata l'argila presenta un espai d'1 nm de les capes i quan es deshidrata (meta-halloysite) l'espaiat és de 0,7 nm. L'halloysite es presenta de manera natural com a petits cilindres que tenen una mitjana de 30 nm de diàmetre amb longituds 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), el contingut d'aigua del gas s'ha de reduir a menys d'1 ppmv per evitar bloquejos causats pel gel o el clatrat de metà.
Al laboratori, s'utilitzen tamisos moleculars per assecar el dissolvent. Els "tamís" han demostrat ser superiors a les tècniques tradicionals d'assecat, que sovint utilitzen dessecants agressius.
Sota el terme zeolites, els tamisos moleculars s'utilitzen per a una àmplia gamma d'aplicacions catalíticas. Catalitzen la isomerització, l'alquilació i l'epoxidació, i s'utilitzen en processos industrials a gran escala, inclòs el hidrocraqueig i el craqueig catalític fluid.
També s'utilitzen en la filtració de subministraments d'aire per a aparells respiratoris, per exemple els utilitzats pels submarinistes i els bombers. En aquestes aplicacions, l'aire és subministrat per un compressor d'aire i es fa passar per un filtre de cartutx que, segons l'aplicació, s'omple de garbell molecular i/o carbó actiu, i finalment s'utilitza per carregar els tancs d'aire respirable. Aquesta filtració pot eliminar partícules. i productes d'escapament del compressor del subministrament d'aire respirable.
Aprovació de la FDA.
A partir de l'1 d'abril de 2012, la FDA dels EUA ha aprovat l'aluminosilicat de sodi per al contacte directe amb articles consumibles sota 21 CFR 182.2727. Abans d'aquesta aprovació, la Unió Europea havia utilitzat tamisos moleculars amb productes farmacèutics i les proves independents van suggerir que els tamisos moleculars compleixen tots els requisits del govern, però la indústria no havia estat disposada a finançar les costoses proves necessàries per a l'aprovació del govern.
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 buit elevat. Les temperatures de regeneració oscil·len entre els 175 °C (350 °F) i els 315 °C (600 °F) depenent del tipus de tamís molecular. En canvi, el gel de sílice es pot regenerar escalfant-lo en un forn normal a 120 °C (250 °F) durant dues hores. Tanmateix, alguns tipus de gel de sílice "esclataran" quan s'exposaran a prou aigua. Això és causat pel trencament de les esferes de sílice en entrar en contacte amb l'aigua.

Model	Diàmetre de porus (Ångström)	Densitat aparent (g/ml)	Aigua adsorbida (% p/p)	Desgast o abrasió, W(% p/p)	Ús
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Dessecaciódecraqueig del petroligas i alquens, adsorció selectiva d'H2O avidre aïllant (IG)i poliuretà, assecat decombustible etanolper barrejar amb gasolina.
4Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Adsorció d'aigua aaluminosilicat de sodique està aprovat per la FDA (vegeua sota) s'utilitza com a garbell molecular en contenidors mèdics per mantenir el contingut sec i comadditiu alimentaritenintNúmero EE-554 (antiaglomerant); Preferit per a la deshidratació estàtica en sistemes tancats de líquids o gasos, per exemple, en envasos de medicaments, components elèctrics i productes químics peribles; eliminació d'aigua en sistemes d'impressió i plàstics i assecat de corrents d'hidrocarburs saturats. Les espècies adsorbides inclouen SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 i C3H6. Generalment es considera un agent d'assecat universal en medis polars i no polars;[12]separació degas naturalialquens, adsorció d'aigua en no sensibles al nitrogenpoliuretà
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Desgreixatge i depressió del punt d'abocamentaviació querosèidièsel, i separació d'alquens
5Å petit enriquit amb oxigen	5	0,4–0,8	≥23		Dissenyat especialment per a generadors d'oxigen mèdic o saludable [cal citació]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Dessecació i purificació de l'aire;deshidratacióidesulfuracióde gas natural igas líquid del petroli;oxigenihidrogenproducció peradsorció de canvi de pressióprocés
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Absorció d'alta eficiència, utilitzada en dessecació, descarburació, desulfuració de gasos i líquids i separació dehidrocarbur aromàtic
13X	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Dessecació, desulfuració i purificació de gas de petroli i gas natural
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Descarburaciói dessecació a la indústria de la 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

3Å

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 3Å no adsorbeixen molècules el diàmetre de les quals sigui superior a 3 Å. Les característiques d'aquests tamisos moleculars inclouen velocitat d'adsorció ràpida, capacitat de regeneració freqüent, bona resistència a la trituració iresistència a la contaminació. Aquestes característiques poden millorar tant l'eficiència com la vida útil del tamís. Els tamisos moleculars de 3Å són el dessecant necessari a les indústries del petroli i la química per a la refinació del petroli, la polimerització i l'assecat químic en profunditat de gas-líquid.

Els tamisos moleculars de 3Å s'utilitzen per assecar diversos materials, com araetanol, aire,refrigerants,gas naturalihidrocarburs insaturats. Aquests últims inclouen el gas de craqueig,acetilè,etilè,propilèibutadiè.

El tamís molecular de 3Å s'utilitza per eliminar l'aigua de l'etanol, que després es pot utilitzar directament com a biocombustible o indirectament per produir diversos productes com ara productes químics, aliments, productes farmacèutics i molt 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'unazeòtropa una concentració al voltant del 95,6 per cent en pes, les perles de tamís moleculars 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. Una vegada que 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 3Å s'emmagatzemen a temperatura ambient, amb una humitat relativa no superior al 90%. Estan segellats a pressió reduïda, mantenint-se allunyats d'aigua, àcids i àlcalis.

4Å

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

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

Producció

La producció de garbell de 4Å és relativament senzilla, ja que no requereix ni altes pressions ni temperatures especialment elevades. Típicament solucions aquoses desilicat de sodiialuminat de sodies combinen a 80 °C. El producte impregnat de dissolvent s'"activa" mitjançant la "cocció" a 400 °C. Els tamisos 4A serveixen com a precursor dels tamisos 3A i 5A.intercanvi catiònicdesodiperpotassi(per a 3A) ocalci(per a 5A)

Ús

Dissolvents d'assecat

Els tamisos moleculars de 4Å 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, refinat i purificació de líquids i gasos (com la preparació d'argó).

 

Additius d'agents de polièster[editar]

Aquests tamisos moleculars s'utilitzen per ajudar els detergents, ja que poden produir aigua desmineralitzadacalciintercanvi iònic, eliminar i evitar la deposició de brutícia. S'utilitzen àmpliament per substituirfòsfor. El tamís molecular de 4Å juga un paper important per substituir el tripolifosfat de sodi com a auxiliar de detergent per mitigar l'impacte ambiental del detergent. També es pot utilitzar com asabóagent de formació i enpasta de dents.

Tractament de residus nocius

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

Altres finalitats

Elindústria metal·lúrgica: agent separant, separació, extracció de salmorra potassi,rubidi,cesi, etc.

indústria petroquímica,catalitzador,dessecant, adsorbent

Agricultura:condicionador del sòl

Medicina: càrrega de platazeolitaagent antibacterià.

5Å

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-ångström(5Å) s'utilitzen sovint tamisos molecularspetroliindústria, especialment per a la depuració de corrents de gas i al laboratori de química per a la separaciócompostosi materials de partida de la reacció d'assecat. Contenen porus minúsculs de mida precisa i uniforme, i s'utilitzen principalment com a adsorbent de gasos i líquids.

Per assecar s'utilitzen tamisos moleculars de cinc ångströmgas natural, juntament amb l'actuaciódesulfuracióidescarbonataciódel gas. També es poden utilitzar per separar mescles d'oxigen, nitrogen i hidrogen, i n-hidrocarburs de cera d'oli dels hidrocarburs ramificats i policíclics.

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

Morfologia dels tamisos moleculars

Els tamisos moleculars estan disponibles en diverses formes i mides. Però les perles esfèriques tenen avantatges sobre altres formes, ja que ofereixen una caiguda de pressió menor, són resistents al desgast, ja que no tenen vores afilades i tenen una bona resistència, és a dir, la força d'aixafament necessària per unitat d'àrea és més alta. Alguns tamisos moleculars amb perles ofereixen una capacitat calorífica més baixa, per la qual cosa redueixen els requisits d'energia durant la regeneració.

L'altre avantatge d'utilitzar tamisos moleculars de perles és que la densitat aparent sol ser més alta que una altra forma, per tant, per al mateix requisit d'adsorció, el volum de tamís molecular necessari és menor. Així, mentre es fa el desembotellament, es pot utilitzar tamisos moleculars amb perles, carregar més adsorbent en el mateix volum i evitar qualsevol modificació del recipient.