МОЛЕКУЛЯРНЫЕ СИТА — кристаллические алюмосиликаты, имеющие трёхмерную структуру из тетраэдров оксида кремния и оксида алюминия и характеризующиеся точным и однородным размером пор. Поры в молекулярных ситах достаточно велики, чтобы пропускать небольшие молекулы, но в то же время они задерживают более крупные молекулы, что определило их использование в качестве осушителей и адсорбентов.
Молекулярное сито - это материал с порами (очень маленькими отверстиями) одинакового размера). Эти диаметры пор аналогичны по размеру малым молекулам, и, следовательно, большие молекулы не могут проникать или адсорбироваться, в то время как молекулы меньшего размера могут. Поскольку смесь молекул мигрирует через неподвижный слой пористого полу-твердого вещества, называемого ситом (или матрицей), компоненты с наибольшей молекулярной массой (которые не могут проникнуть в молекулярные поры) покидают слой первыми, за ними следуют более мелкие молекулы. Некоторые молекулярные сита используются в хроматографии с определением размера, методе разделения, который сортирует молекулы в зависимости от их размера. Другие молекулярные сита используются в качестве осушителей (некоторые примеры включают активированный уголь и силикагель).
Диаметр пор молекулярного сита измеряется в ангстремах (Å) или нанометрах (нм). Согласно обозначению IUPAC, микропористые материалы имеют диаметр пор менее 2 нм (20 Å), а макропористые материалы имеют диаметр пор более 50 нм (500 Å); таким образом, мезопористая категория находится посередине с диаметром пор от 2 до 50 нм (20-500 Å).
ПОЛУЧЕНИЕ АЗОТА АДСОРБЦИЕЙ ВОЗДУХА
Адсорбционный способ выделения азота из воздуха основан на различиях в размере молекул основных составных частей воздуха: азота и кислорода. Адсорбционная установка по получению азота состоит из емкостей-адсорберов (обычно парных, иногда имеющихся в большем четном количестве), заполненных адсорбентом - углеродными молекулярными ситами, или сокращенно CMS, от английского "Carbon Molecular Sieve".
Эти молекулярные сита выглядят обычно как зерна или продолговатые цилиндрики черного цвета, диаметром 1...3 миллиметра: CMS, используемые в адсорбционных установках для получения азота, имеют значительный объем пор, причем поры эти имеют входной размер порядка 3 ангстрем (=0,3 нм). Молекулы кислорода, имеющие кинетический диаметр примерно 2,9 Å, проникают в поры и задерживаются ими; молекулы азота с кинетическим диаметром 3,1 Å беспрепятственно проходят через слой адсорбента. Конечно, на практике, часть молекул кислорода проходит через адсорбент, не задерживаясь в нем; наоборот, часть молекул азота попадает в поры большего, чем расчетный 3,0 Å, размера и задерживается в них. Тем не менее, на выходе адсорбера получается газовая смесь, более или менее обогащенная азотом (отметим, что попутно CMS частично извлекают из сжатого воздуха и содержащуюся в нем парообразную влагу - и хотя для обеспечения более долгого срока службы молекулярных сит желательно подавать на вход адсорбционного генератора азота уже осушенный сжатый воздух, произведенный азот будет также и дополнительно осушен).
ПРИМЕНЕНИЕ:
Молекулярные сита часто используются в нефтяной промышленности, особенно для сушки газовых потоков. Например, в промышленности сжиженного природного газа (СПГ) содержание воды в газе должно быть снижено до менее чем 1 ppmv, чтобы предотвратить закупорку, вызванную льдом или клатратом метана.
В лаборатории молекулярные сита используются для сушки растворителя. Доказано, что "Сита" превосходят традиционные методы сушки, в которых часто используются агрессивные осушители.
Под термином цеолиты молекулярные сита используются для широкого спектра каталитических применений. Они катализируют изомеризацию, алкилирование и эпоксидирование и используются в крупномасштабных промышленных процессах, включая гидрокрекинг и жидкостный каталитический крекинг.
Они также используются для фильтрации воздуха, подаваемого в дыхательные аппараты, например, те, которые используются аквалангистами и пожарными. В таких приложениях воздух подается воздушным компрессором и проходит через картриджный фильтр, который, в зависимости от применения, заполняется молекулярным ситом и / или активированным углем, который в конечном итоге используется для заправки дыхательных баллонов. Такая фильтрация может удалять твердые частицы и продукты выхлопа компрессора из системы подачи воздуха для дыхания.
РЕГЕНЕРАЦИЯ:
Способы регенерации молекулярных сит включают изменение давления (как в кислородных концентраторах), нагрев и продувку газом-носителем (как при дегидратации этанола) или нагрев в условиях высокого вакуума. Температуры регенерации варьируются от 175 °C (350 °F) до 315 °C (600 °F) в зависимости от типа молекулярного сита. Напротив, силикагель можно регенерировать, нагревая его в обычной печи до 120 ° C (250 ° F) в течение двух часов. Однако некоторые типы силикагеля будут "лопаться" при воздействии достаточного количества воды. Это вызвано разрушением сфер кремнезема при контакте с водой.
