Għarbiel molekulari huwa materjal b'pori (toqob żgħar ħafna) ta' daqs uniformi

Għarbiel molekulari huwa materjal b'pori (toqob żgħar ħafna) ta' daqs uniformi. Dawn id-dijametri tal-pori huma simili fid-daqs għal molekuli żgħar, u għalhekk molekuli kbar ma jistgħux jidħlu jew jiġu assorbiti, filwaqt li molekuli iżgħar jistgħu. Hekk kif taħlita ta' molekuli timigra mis-sodda stazzjonarja ta' sustanza poruża u semi-solida magħrufa bħala għarbiel (jew matriċi), il-komponenti tal-ogħla piż molekulari (li ma jistgħux jgħaddu fil-pori molekulari) jitilqu mis-sodda l-ewwel, segwiti minn molekuli suċċessivament iżgħar. Xi għarbiel molekulari jintużaw fil-kromatografija ta' esklużjoni tad-daqs, teknika ta' separazzjoni li tissortja l-molekuli abbażi tad-daqs tagħhom. Għarbiel molekulari oħra jintużaw bħala dessikanti (xi eżempji jinkludu faħam attivat u ġel tas-silika).
Id-dijametru tal-pori ta' għarbiel molekulari jitkejjel f'ångströms (Å) jew nanometri (nm). Skont in-notazzjoni IUPAC, il-materjali mikroporużi għandhom dijametri tal-pori ta' inqas minn 2 nm (20 Å) u l-materjali makroporużi għandhom dijametri tal-pori ta' aktar minn 50 nm (500 Å); il-kategorija mesoporuża għalhekk tinsab fin-nofs b'dijametri tal-pori bejn 2 u 50 nm (20–500 Å).
Materjali
L-għarbiel molekulari jistgħu jkunu materjal mikroporuż, mesoporuż, jew makroporuż.
Materjal mikroporuż (
●Żeoliti (minerali aluminosilikati, li m'għandhomx jiġu konfużi mas-silikat tal-aluminju)
●Żeolit ​​LTA: 3–4 Å
●Ħġieġ poruż: 10 Å (1 nm), u aktar
●Karbonju attiv: 0–20 Å (0–2 nm), u aktar
●Tafal
●Taħlitiet ta' Montmorillonite
●Halloysite (endelite): Jinstabu żewġ forom komuni, meta jkun idratat it-tafal juri spazjar ta' 1 nm tas-saffi u meta jkun deidratat (meta-halloysite) l-ispazjar huwa ta' 0.7 nm. L-halloysite jseħħ b'mod naturali bħala ċilindri żgħar li għandhom dijametru medju ta' 30 nm b'tulijiet bejn 0.5 u 10 mikrometri.
Materjal mesoporuż (2–50 nm)
Dijossidu tas-silikon (użat biex jagħmel il-ġel tas-silika): 24 Å (2.4 nm)
Materjal makroporuż (>50 nm)
Silika makroporuża, 200–1000 Å (20–100 nm)
Applikazzjonijiet[editja]
L-għarbiel molekulari spiss jintużaw fl-industrija tal-pitrolju, speċjalment għat-tnixxif tal-flussi tal-gass. Pereżempju, fl-industrija tal-gass naturali likwidu (LNG), il-kontenut tal-ilma tal-gass jeħtieġ li jitnaqqas għal inqas minn 1 ppmv biex jiġu evitati imblukkar ikkawżat mis-silġ jew mill-metanu klatrat.
Fil-laboratorju, l-għarbiel molekulari jintużaw biex jinxef is-solvent. L-"għarbiel" urew li huma superjuri għat-tekniki tradizzjonali tat-tnixxif, li ħafna drabi jużaw dessikanti aggressivi.
Taħt it-terminu żeoliti, l-għarbiel molekulari jintużaw għal firxa wiesgħa ta' applikazzjonijiet katalitiċi. Huma jikkatalizzaw l-isomerizzazzjoni, l-alkilazzjoni, u l-epossidazzjoni, u jintużaw fi proċessi industrijali fuq skala kbira, inkluż l-idrokkrekkjar u l-ikkrekkjar katalitiku fluwidu.
Jintużaw ukoll fil-filtrazzjoni tal-provvisti tal-arja għall-apparat tan-nifs, pereżempju dawk użati minn għaddasa u pompieri. F'applikazzjonijiet bħal dawn, l-arja tiġi fornuta minn kompressur tal-arja u tiġi mgħoddija minn filtru tal-iskartoċċ li, skont l-applikazzjoni, jimtela b'għarbiel molekulari u/jew karbonju attivat, u fl-aħħar jintuża biex jiċċarġja t-tankijiet tal-arja tan-nifs. Filtrazzjoni bħal din tista' tneħħi l-partikuli u l-prodotti tal-egżost tal-kompressur mill-provvista tal-arja tan-nifs.
Approvazzjoni tal-FDA.
Mill-1 ta' April 2012, l-FDA tal-Istati Uniti approvat l-aluminosilikat tas-sodju għal kuntatt dirett ma' oġġetti konsumabbli skont il-21 CFR 182.2727. Qabel din l-approvazzjoni, l-Unjoni Ewropea kienet użat għarbiel molekulari ma' prodotti farmaċewtiċi u ttestjar indipendenti ssuġġerixxa li l-għarbiel molekulari jissodisfaw ir-rekwiżiti kollha tal-gvern iżda l-industrija ma kinitx lesta li tiffinanzja t-testijiet għaljin meħtieġa għall-approvazzjoni tal-gvern.
Riġenerazzjoni
Il-metodi għar-riġenerazzjoni ta' għarbiel molekulari jinkludu bidla fil-pressjoni (bħal fil-konċentraturi tal-ossiġnu), tisħin u tindif b'gass trasportatur (bħal meta jintuża fid-deidrazzjoni tal-etanol), jew tisħin taħt vakwu għoli. It-temperaturi tar-riġenerazzjoni jvarjaw minn 175 °C (350 °F) sa 315 °C (600 °F) skont it-tip ta' għarbiel molekulari. B'kuntrast, il-ġel tas-silika jista' jiġi riġenerat billi jissaħħan f'forn regolari sa 120 °C (250 °F) għal sagħtejn. Madankollu, xi tipi ta' ġel tas-silika "jinfaqgħu" meta jkunu esposti għal biżżejjed ilma. Dan huwa kkawżat minn ksur tal-isferi tas-silika meta jiġu f'kuntatt mal-ilma.

Mudell	Dijametru tal-pori (Ångström)	Densità tal-massa (g/ml)	Ilma assorbit (% piż/piż)	Attrizzjoni jew brix, W(% piż/piż)	Użu
3Å	3	0.60–0.68	19–20	0.3–0.6	Tnixxifta'qsim tal-pitroljugass ​​u alkeni, assorbiment selettiv ta' H2O fiħġieġ iżolat (IG)u l-poliuretan, it-tnixxif ta'fjuwil tal-etanolgħat-taħlit mal-gażolina.
4Å	4	0.60–0.65	20–21	0.3–0.6	Assorbiment tal-ilma fialuminosilikat tas-sodjuli huwa approvat mill-FDA (arataħt) użat bħala għarbiel molekulari f'kontenituri mediċi biex iżomm il-kontenut niexef u bħalaaddittiv tal-ikelli jkollokNumru elettronikuE-554 (aġent kontra t-tagħqid); Preferut għal deidrazzjoni statika f'sistemi magħluqa ta' likwidi jew gassijiet, eż. fl-ippakkjar ta' drogi, komponenti elettriċi u kimiċi li jitħassru malajr; tneħħija tal-ilma f'sistemi tal-istampar u tal-plastik u tnixxif ta' flussi ta' idrokarburi saturati. L-ispeċi assorbiti jinkludu SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6, u C3H6. Ġeneralment ikkunsidrat bħala aġent universali tat-tnixxif f'mezzi polari u mhux polari;[12]separazzjoni ta'gass ​​naturaliualkeni, assorbiment ta' ilma f'ambjenti mhux sensittivi għan-nitroġenupoliuretan
5Å-DW	5	0.45–0.50	21–22	0.3–0.6	Tneħħija tax-xaħam u tnaqqis fil-punt tat-tferrigħ ta'avjazzjoni pitroljuudiżil, u s-separazzjoni tal-alkeni
5Å żgħir arrikkit bl-ossiġnu	5	0.4–0.8	≥23		Iddisinjat apposta għal ġeneratur tal-ossiġnu mediku jew b'saħħtuċitazzjoni meħtieġa]
5Å	5	0.60–0.65	20–21	0.3–0.5	Tnixxif u purifikazzjoni tal-arja;deidrazzjoniudesulfurizzazzjonital-gass naturali ugass ​​likwidu tal-pitrolju;ossiġnuuidroġenuproduzzjoni minnadsorbiment tat-tbandil tal-pressjoniproċess
10X	8	0.50–0.60	23–24	0.3–0.6	Sorbiment effiċjenti ħafna, użat fit-tnixxif, id-dekarburizzazzjoni, id-desulfurizzazzjoni tal-gass u l-likwidi u s-separazzjoni ta'idrokarbur aromatiku
13X	10	0.55–0.65	23–24	0.3–0.5	Tnixxif, desulfurizzazzjoni u purifikazzjoni tal-gass tal-pitrolju u l-gass naturali
13X-AS	10	0.55–0.65	23–24	0.3–0.5	Dekarburizzazzjoniu t-tnixxif fl-industrija tas-separazzjoni tal-arja, is-separazzjoni tan-nitroġenu mill-ossiġnu f'konċentraturi tal-ossiġnu
Cu-13X	10	0.50–0.60	23–24	0.3–0.5	Ħlewwa(tneħħija ta'tioli) ta'fjuwil tal-avjazzjoniu korrispondentiidrokarburi likwidi

Kapaċitajiet ta' adsorbiment

3Å

Formula kimika approssimattiva: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3• 2 SiO2 • 9/2 H2O

Proporzjon tas-silika-alumina: SiO2/ Al2O3≈2

Produzzjoni

L-għarbiel molekulari 3A huma prodotti permezz ta' skambju ta' katjoni ta'potassjugħalsodjuf'għarbiel molekulari 4A (Ara hawn taħt)

Użu

L-għarbiel molekulari ta' 3 Å ma jassorbux molekuli li d-dijametri tagħhom huma akbar minn 3 Å. Il-karatteristiċi ta' dawn l-għarbiel molekulari jinkludu veloċità ta' adsorbiment mgħaġġla, kapaċità ta' riġenerazzjoni frekwenti, reżistenza tajba għat-tgħaffiġ ureżistenza għat-tniġġisDawn il-karatteristiċi jistgħu jtejbu kemm l-effiċjenza kif ukoll il-ħajja tal-għarbiel. L-għarbiel molekulari ta' 3Å huma d-dessikant meħtieġ fl-industriji tal-pitrolju u kimiċi għar-raffinar taż-żejt, il-polimerizzazzjoni, u t-tnixxif fil-fond kimiku tal-gass-likwidu.

L-għarbiel molekulari ta' 3Å jintużaw biex inixxfu firxa ta' materjali, bħaletanol, arja,refriġeranti,gass ​​naturaliuidrokarburi mhux saturatiDawn tal-aħħar jinkludu l-gass tal-ikkrekkjar,aċetilena,etilene,propileneubutadjen.

Għarbiel molekulari ta' 3Å jintuża biex jitneħħa l-ilma mill-etanol, li aktar tard jista' jintuża direttament bħala bijofjuwil jew indirettament biex jipproduċi diversi prodotti bħal kimiċi, ikel, farmaċewtiċi, u aktar. Peress li d-distillazzjoni normali ma tistax tneħħi l-ilma kollu (prodott sekondarju mhux mixtieq mill-produzzjoni tal-etanol) mill-flussi tal-proċess tal-etanol minħabba l-formazzjoni ta'ażeotropuB'konċentrazzjoni ta' madwar 95.6 fil-mija skont il-piż, żibeġ tal-għarbiel molekulari jintużaw biex jisseparaw l-etanol u l-ilma fuq livell molekulari billi jassorbu l-ilma fiż-żibeġ u jippermettu li l-etanol jgħaddi liberament. Ladarba ż-żibeġ ikunu mimlija bl-ilma, it-temperatura jew il-pressjoni jistgħu jiġu mmanipulati, u b'hekk l-ilma jkun jista' jiġi rilaxxat miż-żibeġ tal-għarbiel molekulari.[15]

L-għarbiel molekulari ta' 3Å jinħażnu f'temperatura tal-kamra, b'umdità relattiva ta' mhux aktar minn 90%. Huma ssiġillati taħt pressjoni mnaqqsa, u jinżammu 'l bogħod mill-ilma, l-aċidi u l-alkali.

4Å

Formula kimika: Na2O•Al2O3•2SiO2•9/2H2O

Proporzjon tas-silikon-aluminju: 1:1 (SiO2/ Al2O3≈2)

Produzzjoni

Il-produzzjoni ta' għarbiel ta' 4Å hija relattivament sempliċi peress li ma teħtieġ la pressjonijiet għoljin u lanqas temperaturi partikolarment għoljin. Tipikament soluzzjonijiet akwei ta'silikat tas-sodjuualuminat tas-sodjuhuma kkombinati f'80 °C. Il-prodott mimli bis-solvent jiġi "attivat" permezz ta' "ħami" f'400 °C. L-għarbiel 4A jservu bħala l-prekursur għall-għarbiel 3A u 5A permezz ta'skambju ta' katjonita'sodjugħalpotassju(għal 3A) jewkalċju(għal 5A)

Użu

Solventi għat-tnixxif

L-għarbiel molekulari ta' 4Å jintużaw ħafna biex inixxfu solventi tal-laboratorju. Jistgħu jassorbu l-ilma u molekuli oħra b'dijametru kritiku inqas minn 4 Å bħal NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6, u C2H4. Jintużaw ħafna fit-tnixxif, ir-raffinar u l-purifikazzjoni ta' likwidi u gassijiet (bħall-preparazzjoni tal-argon).

 

Addittivi tal-aġent tal-poliestereditja]

Dawn l-għarbiel molekulari jintużaw biex jgħinu lid-deterġenti peress li jistgħu jipproduċu ilma demineralizzat permezz ta'kalċjuskambju ta' joni, ineħħu u jipprevjenu d-depożizzjoni tal-ħmieġ. Jintużaw ħafna biex jissostitwixxufosfruL-għarbiel molekulari ta' 4Å għandu rwol ewlieni biex jissostitwixxi t-tripolifosfat tas-sodju bħala awżiljarju tad-deterġent sabiex itaffi l-impatt ambjentali tad-deterġent. Jista' jintuża wkoll bħalasapunaġent li jifforma u fipasta tat-toothpaste.

Trattament ta' skart ta' ħsara

Passaturi molekulari ta' 4Å jistgħu jippurifikaw id-drenaġġ ta' speċi katjoniċi bħalammonjujoni, Pb2+, Cu2+, Zn2+ u Cd2+. Minħabba s-selettività għolja għal NH4+ ġew applikati b'suċċess fil-qasam biex jiġġielduewtrofikazzjoniu effetti oħra fil-passaġġi tal-ilma minħabba joni tal-ammonju eċċessivi. Għarib molekulari ta' 4Å intużaw ukoll biex ineħħu joni tal-metalli tqal preżenti fl-ilma minħabba attivitajiet industrijali.

Skopijiet oħra

Il-industrija metallurġikaaġent li jissepara, separazzjoni, estrazzjoni tal-potassju tal-ilma mielaħ,rubidju,ċesju, eċċ.

L-industrija petrokimika,katalist,dessikant, assorbent

Agrikoltura:kondizzjonatur tal-ħamrija

Mediċina: tagħbija tal-fiddażeolitaġent antibatteriku.

5Å

Formula kimika: 0.7CaO•0.30Na2O•Al2O3•2.0SiO2 •4.5H2O

Proporzjon tas-silika-alumina: SiO2/ Al2O3≈2

Produzzjoni

L-għarbiel molekulari 5A huma prodotti permezz ta' skambju ta' katjoni ta'kalċjugħalsodjuf'għarbiel molekulari 4A (Ara hawn fuq)

Użu

Ħamsa-ångströmL-għarbiel molekulari (5Å) spiss jintużaw fil-pitroljul-industrija, speċjalment għall-purifikazzjoni tal-flussi tal-gass u fil-laboratorju tal-kimika għas-separazzjonikompostiu materjali tal-bidu tar-reazzjoni tat-tnixxif. Dawn fihom pori żgħar ta’ daqs preċiż u uniformi, u jintużaw prinċipalment bħala assorbenti għal gassijiet u likwidi.

Passaturi molekulari ta' ħames ångström jintużaw biex jinxfugass ​​naturali, flimkien mal-prestazzjonidesulfurizzazzjoniudekarbonizzazzjonital-gass. Jistgħu jintużaw ukoll biex jisseparaw taħlitiet ta' ossiġnu, nitroġenu u idroġenu, u n-idrokarburi taż-żejt u x-xama' minn idrokarburi ramifikati u poliċikliċi.

L-għarbiel molekulari ta' ħames ångström jinħażnu f'temperatura tal-kamra, b'umdità relattivainqas minn 90% f'btieti tal-kartun jew imballaġġ tal-kartun. L-għarbiel molekulari m'għandhomx ikunu esposti direttament għall-arja u l-ilma, l-aċidi u l-alkali għandhom jiġu evitati.

Morfoloġija tal-għarbiel molekulari

L-għarbiel molekulari huma disponibbli f'forom u daqsijiet differenti. Iżda ż-żibeġ sferiċi għandhom vantaġġ fuq forom oħra peress li joffru tnaqqis fil-pressjoni aktar baxx, huma reżistenti għall-attrizzjoni peress li m'għandhomx truf li jaqtgħu, u għandhom saħħa tajba, jiġifieri l-forza tat-tgħaffiġ meħtieġa għal kull unità ta' erja hija ogħla. Ċerti għarbiel molekulari biż-żibeġ joffru kapaċità tas-sħana aktar baxxa u għalhekk rekwiżiti ta' enerġija aktar baxxi waqt ir-riġenerazzjoni.

Il-vantaġġ l-ieħor tal-użu ta' għarbiel molekulari b'żibeġ huwa li d-densità tal-massa ġeneralment tkun ogħla minn dik ta' forom oħra, għalhekk għall-istess rekwiżit ta' adsorbiment il-volum meħtieġ tal-għarbiel molekulari huwa inqas. Għalhekk, waqt li jitneħħew l-ostakli, wieħed jista' juża għarbiel molekulari b'żibeġ, jgħabbi aktar adsorbent fl-istess volum, u jevita kwalunkwe modifika fil-kontenitur.