Ayak molekul ialah bahan dengan liang (lubang yang sangat kecil) dengan saiz seragam

Ayak molekul ialah bahan dengan liang (lubang yang sangat kecil) dengan saiz seragam. Diameter liang ini adalah sama saiznya dengan molekul kecil, dan oleh itu molekul besar tidak boleh masuk atau diserap, manakala molekul yang lebih kecil boleh. Apabila campuran molekul berhijrah melalui lapisan pegun bahan berliang, separa pepejal yang disebut sebagai ayak (atau matriks), komponen dengan berat molekul tertinggi (yang tidak dapat masuk ke dalam liang molekul) meninggalkan tempat tidur terlebih dahulu, diikuti oleh molekul yang lebih kecil berturut-turut. Beberapa ayak molekul digunakan dalam kromatografi pengecualian saiz, teknik pengasingan yang menyusun molekul berdasarkan saiznya. Ayak molekul lain digunakan sebagai bahan pengering (beberapa contoh termasuk arang aktif dan gel silika).
Diameter liang penapis molekul diukur dalam ångströms (Å) atau nanometer (nm). Menurut notasi IUPAC, bahan berliang mikro mempunyai diameter liang kurang daripada 2 nm (20 Å) dan bahan berliang makro mempunyai diameter liang lebih daripada 50 nm (500 Å); Oleh itu, kategori mesoporus terletak di tengah dengan diameter liang antara 2 dan 50 nm (20–500 Å).
Bahan
Ayak molekul boleh menjadi bahan mikroporous, mesoporous, atau makroporous.
Bahan mikroporous (
●Zeolit ​​(mineral aluminosilikat, jangan dikelirukan dengan aluminium silikat)
●Zeolit ​​LTA: 3–4 Å
●Kaca berliang: 10 Å (1 nm) dan ke atas
●Karbon aktif: 0–20 Å (0–2 nm) dan ke atas
●Tanah liat
●Bancuhan montmorilonit
●Halloysite (endellite): Dua bentuk biasa ditemui, apabila terhidrat tanah liat menunjukkan jarak 1 nm lapisan dan apabila dehidrasi (meta-halloysite) jaraknya ialah 0.7 nm. Halloysite secara semula jadi berlaku sebagai silinder kecil yang berdiameter purata 30 nm dengan panjang antara 0.5 dan 10 mikrometer.
Bahan mesopori (2–50 nm)
Silikon dioksida (digunakan untuk membuat gel silika): 24 Å (2.4 nm)
Bahan makroporous (>50 nm)
Silika makroporous, 200–1000 Å (20–100 nm)
Aplikasi[sunting | sunting sumber]
Ayak molekul sering digunakan dalam industri petroleum, terutamanya untuk mengeringkan aliran gas. Sebagai contoh, dalam industri gas asli cecair (LNG), kandungan air gas tersebut perlu dikurangkan kepada kurang daripada 1 ppmv untuk mengelakkan penyumbatan yang disebabkan oleh ais atau klatrat metana.
Di makmal, penapis molekul digunakan untuk mengeringkan pelarut. "Ayak" telah terbukti lebih baik daripada teknik pengeringan tradisional, yang sering menggunakan bahan pengering yang agresif.
Di bawah istilah zeolit, ayak molekul digunakan untuk pelbagai aplikasi pemangkin. Mereka memangkinkan isomerisasi, alkilasi, dan epoksidasi, dan digunakan dalam proses perindustrian berskala besar, termasuk keretakan hidro dan perengkahan pemangkin cecair.
Ia juga digunakan dalam penapisan bekalan udara untuk alat pernafasan, contohnya yang digunakan oleh penyelam skuba dan bomba. Dalam aplikasi sedemikian, udara dibekalkan oleh pemampat udara dan disalurkan melalui penapis kartrij yang, bergantung pada aplikasi, diisi dengan penapis molekul dan/atau karbon diaktifkan, akhirnya digunakan untuk mengecas tangki udara pernafasan. Penapisan sedemikian boleh mengeluarkan zarah dan produk ekzos pemampat daripada bekalan udara pernafasan.
Kelulusan FDA.
FDA AS pada 1 April 2012, telah meluluskan natrium aluminosilikat untuk sentuhan langsung dengan barang habis pakai di bawah 21 CFR 182.2727. Sebelum kelulusan ini, Kesatuan Eropah telah menggunakan penapis molekul dengan farmaseutikal dan ujian bebas mencadangkan bahawa penapis molekul memenuhi semua keperluan kerajaan tetapi industri tidak mahu membiayai ujian mahal yang diperlukan untuk kelulusan kerajaan.
Penjanaan semula
Kaedah untuk penjanaan semula penapis molekul termasuk perubahan tekanan (seperti dalam penumpu oksigen), pemanasan dan pembersihan dengan gas pembawa (seperti apabila digunakan dalam dehidrasi etanol), atau pemanasan di bawah vakum tinggi. Suhu penjanaan semula berjulat dari 175 °C (350 °F) hingga 315 °C (600 °F) bergantung pada jenis penapis molekul. Sebaliknya, gel silika boleh dijana semula dengan memanaskannya dalam ketuhar biasa hingga 120 °C (250 °F) selama dua jam. Walau bagaimanapun, beberapa jenis gel silika akan "meletus" apabila terdedah kepada air yang mencukupi. Ini disebabkan oleh pecahnya sfera silika apabila bersentuhan dengan air.

Model	Diameter liang (Ångström)	Ketumpatan pukal (g/ml)	Air terserap (% b/b)	Gesekan atau lelasan, W(% b/b)	Penggunaan
3Å	3	0.60–0.68	19–20	0.3–0.6	Pengeringandaripadakeretakan petroleumgas dan alkena, penjerapan terpilih H2O dalamkaca terlindung (IG)dan poliuretana, pengeringanbahan api etanoluntuk dicampur dengan petrol.
4Å	4	0.60–0.65	20–21	0.3–0.6	Penyerapan air dalamnatrium aluminosilikatyang diluluskan oleh FDA (lihatdi bawah) digunakan sebagai penapis molekul dalam bekas perubatan untuk memastikan kandungan kering dan sebagaibahan tambahan makananmempunyaiE-nomborE-554 (agen anti-caking); Diutamakan untuk dehidrasi statik dalam sistem cecair atau gas tertutup, cth, dalam pembungkusan ubat, komponen elektrik dan bahan kimia mudah rosak; pengaliran air dalam sistem percetakan dan plastik serta mengeringkan aliran hidrokarbon tepu. Spesies terjerap termasuk SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6, dan C3H6. Secara umumnya dianggap sebagai agen pengeringan sejagat dalam media polar dan nonpolar;[12]pemisahan daripadagas aslidanalkena, penjerapan air dalam bukan sensitif nitrogenpoliuretana
5Å-DW	5	0.45–0.50	21–22	0.3–0.6	Penyahgris dan kemurungan titik tuangpenerbangan minyak tanahdandiesel, dan pemisahan alkena
5Å kecil diperkaya oksigen	5	0.4–0.8	≥23		Direka khas untuk penjana oksigen perubatan atau sihat[petikan diperlukan]
5Å	5	0.60–0.65	20–21	0.3–0.5	Pengeringan dan pembersihan udara;dehidrasidanpenyahsulfurangas asli dangas petroleum cecair;oksigendanhidrogenpengeluaran olehpenjerapan ayunan tekananproses
10X	8	0.50–0.60	23–24	0.3–0.6	Penyerapan cekap tinggi, digunakan dalam pengeringan, penyahkarbonan, penyahsulfuran gas dan cecair dan pengasinganhidrokarbon aromatik
13X	10	0.55–0.65	23–24	0.3–0.5	Pengeringan, penyahsulfuran dan penulenan gas petroleum dan gas asli
13X-AS	10	0.55–0.65	23–24	0.3–0.5	Dekarburisasidan pengeringan dalam industri pengasingan udara, pengasingan nitrogen daripada oksigen dalam penumpu oksigen
Cu-13X	10	0.50–0.60	23–24	0.3–0.5	Pemanis(penyingkirantiols) daripadabahan api penerbangandan sepadanhidrokarbon cecair

Keupayaan penjerapan

3Å

Anggaran formula kimia: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3• 2 SiO2 • 9/2 H2O

Nisbah silika-alumina: SiO2/ Al2O3≈2

Pengeluaran

3A ayak molekul dihasilkan melalui pertukaran kationkaliumuntuknatriumdalam penapis molekul 4A (Lihat di bawah)

Penggunaan

Ayak molekul 3Å tidak menjerap molekul yang diameternya lebih besar daripada 3 Å. Ciri-ciri penapis molekul ini termasuk kelajuan penjerapan yang cepat, keupayaan penjanaan semula yang kerap, rintangan penghancuran yang baik danrintangan pencemaran. Ciri-ciri ini boleh meningkatkan kecekapan dan jangka hayat penapis. Ayak molekul 3Å adalah bahan pengering yang diperlukan dalam industri petroleum dan kimia untuk penapisan minyak, pempolimeran, dan pengeringan kedalaman gas-cecair kimia.

Ayak molekul 3Å digunakan untuk mengeringkan pelbagai bahan, sepertietanol, udara,bahan penyejuk,gas aslidanhidrokarbon tak tepu. Yang terakhir termasuk gas retak,asetilena,etilena,propylenedanbutadiena.

Ayak molekul 3Å digunakan untuk mengeluarkan air daripada etanol, yang kemudiannya boleh digunakan secara langsung sebagai bio-bahan api atau secara tidak langsung untuk menghasilkan pelbagai produk seperti bahan kimia, makanan, farmaseutikal dan banyak lagi. Oleh kerana penyulingan biasa tidak dapat mengeluarkan semua air (hasil sampingan yang tidak diingini daripada pengeluaran etanol) daripada aliran proses etanol disebabkan oleh pembentukanazeotroppada kira-kira 95.6 peratus kepekatan mengikut berat, manik ayak molekul digunakan untuk mengasingkan etanol dan air pada paras molekul dengan menjerap air ke dalam manik dan membenarkan etanol mengalir dengan bebas. Setelah manik penuh dengan air, suhu atau tekanan boleh dimanipulasi, membolehkan air dibebaskan daripada manik ayak molekul.[15]

Ayak molekul 3Å disimpan pada suhu bilik, dengan kelembapan relatif tidak melebihi 90%. Mereka dimeterai di bawah tekanan yang dikurangkan, dijauhkan daripada air, asid dan alkali.

4Å

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

Nisbah silikon-aluminium: 1:1 (SiO2/ Al2O3≈2)

Pengeluaran

Pengeluaran ayak 4Å adalah agak mudah kerana ia tidak memerlukan tekanan tinggi mahupun suhu tinggi. Biasanya larutan akueus daripadanatrium silikatdannatrium aluminatdigabungkan pada 80 °C. Produk yang diresapi dengan pelarut "diaktifkan" dengan "membakar" pada 400 °C 4A ayak berfungsi sebagai pelopor kepada 3A dan 5A ayak melaluipertukaran kationdaripadanatriumuntukkalium(untuk 3A) ataukalsium(untuk 5A)

Penggunaan

Pengeringan pelarut

Ayak molekul 4Å digunakan secara meluas untuk mengeringkan pelarut makmal. Mereka boleh menyerap air dan molekul lain dengan diameter kritikal kurang daripada 4 Å seperti NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6, dan C2H4. Ia digunakan secara meluas dalam pengeringan, penapisan dan penulenan cecair dan gas (seperti penyediaan argon).

 

Bahan tambahan agen poliester[edit]

Ayak molekul ini digunakan untuk membantu detergen kerana ia boleh menghasilkan air demineral melaluinyakalsiumpertukaran ion, mengeluarkan dan mencegah pemendapan kotoran. Mereka digunakan secara meluas untuk menggantikanfosforus. Penapis molekul 4Å memainkan peranan utama untuk menggantikan natrium tripolifosfat sebagai bahan tambahan detergen untuk mengurangkan kesan alam sekitar detergen. Ia juga boleh digunakan sebagai asabunagen pembentuk dan dalamubat gigi.

Rawatan sisa berbahaya

Ayak molekul 4Å boleh membersihkan kumbahan spesies kationik sepertiammoniumion, Pb2+, Cu2+, Zn2+ dan Cd2+. Oleh kerana selektiviti yang tinggi untuk NH4+ mereka telah berjaya digunakan dalam medan untuk memerangieutrofikasidan kesan lain dalam laluan air akibat ion ammonium yang berlebihan. Ayak molekul 4Å juga telah digunakan untuk membuang ion logam berat yang terdapat dalam air akibat aktiviti perindustrian.

tujuan lain

Theindustri metalurgi: agen pengasing, pengasingan, pengekstrakan kalium air garam,rubidium,cesium, dsb.

industri petrokimia,pemangkin,bahan pengering, penjerap

Pertanian:perapi tanah

Ubat: muat perakzeolitagen antibakteria.

5Å

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

Nisbah silika-alumina: SiO2/ Al2O3≈2

Pengeluaran

Ayak molekul 5A dihasilkan melalui pertukaran kationkalsiumuntuknatriumdalam penapis molekul 4A (Lihat di atas)

Penggunaan

lima-ångström(5Å) ayak molekul sering digunakan dalampetroleumindustri, terutamanya untuk penulenan aliran gas dan di makmal kimia untuk mengasingkansebatiandan bahan permulaan tindak balas pengeringan. Ia mengandungi liang-liang kecil dengan saiz yang tepat dan seragam, dan digunakan terutamanya sebagai penjerap untuk gas dan cecair.

Ayak molekul lima ångström digunakan untuk mengeringkangas asli, bersama dengan persembahanpenyahsulfurandanpenyahkarbonandaripada gas itu. Ia juga boleh digunakan untuk mengasingkan campuran oksigen, nitrogen dan hidrogen, dan minyak-lilin n-hidrokarbon daripada hidrokarbon bercabang dan polisiklik.

Ayak molekul lima-ångström disimpan pada suhu bilik, dengan akelembapan relatifkurang daripada 90% dalam tong kadbod atau pembungkusan kadbod. Ayak molekul tidak boleh terdedah secara langsung kepada udara dan air, asid dan alkali harus dielakkan.

Morfologi ayak molekul

Ayak molekul boleh didapati dalam pelbagai bentuk dan saiz. Tetapi manik sfera mempunyai kelebihan berbanding bentuk lain kerana ia menawarkan penurunan tekanan yang lebih rendah, tahan gesekan kerana ia tidak mempunyai sebarang tepi tajam, dan mempunyai kekuatan yang baik, iaitu daya hancur yang diperlukan bagi setiap unit luas adalah lebih tinggi. Ayak molekul manik tertentu menawarkan kapasiti haba yang lebih rendah sekali gus mengurangkan keperluan tenaga semasa penjanaan semula.

Kelebihan lain menggunakan penapis molekul manik ialah ketumpatan pukal biasanya lebih tinggi daripada bentuk lain, oleh itu untuk keperluan penjerapan yang sama isipadu penapis molekul yang diperlukan adalah kurang. Oleh itu semasa melakukan de-bottlenecking, seseorang boleh menggunakan ayak molekul manik, memuatkan lebih banyak penjerap dalam jumlah yang sama, dan mengelakkan sebarang pengubahsuaian vesel.