Մոլեկուլային մաղը միատեսակ չափսի ծակոտիներով (շատ փոքր անցքերով) նյութ է

Մոլեկուլային մաղը միատեսակ չափսի ծակոտիներով (շատ փոքր անցքերով) նյութ է։ Այս ծակոտիների տրամագծերը չափերով նման են փոքր մոլեկուլներին, և այդպիսով մեծ մոլեկուլները չեն կարող մտնել կամ ներծծվել, մինչդեռ փոքր մոլեկուլները կարող են: Քանի որ մոլեկուլների խառնուրդը գաղթում է ծակոտկեն, կիսապինդ նյութի անշարժ հունով, որը կոչվում է մաղ (կամ մատրիցա), ամենաբարձր մոլեկուլային քաշի բաղադրիչները (որոնք չեն կարողանում անցնել մոլեկուլային ծակոտիներ) առաջինը հեռանում են հունից, որին հաջորդում են հաջորդաբար փոքր մոլեկուլները: Որոշ մոլեկուլային մաղեր օգտագործվում են չափի բացառման քրոմատոգրաֆիայում՝ տարանջատման տեխնիկա, որը տեսակավորում է մոլեկուլները՝ ելնելով դրանց չափից: Այլ մոլեկուլային մաղեր օգտագործվում են որպես չորացուցիչ (որոշ օրինակներ ներառում են ակտիվացված փայտածուխը և սիլիկա գելը):
Մոլեկուլային մաղի ծակոտիների տրամագիծը չափվում է ångströms (Å) կամ նանոմետրերով (նմ): Համաձայն IUPAC-ի նշագրման՝ միկրոծակոտկեն նյութերն ունեն ծակոտիների տրամագիծը 2 նմ-ից պակաս (20 Ա), իսկ մակրածակոտային նյութերը՝ 50 նմ (500 Å) ավելի մեծ ծակոտիների տրամագիծ։ Մեզոպորոզ կատեգորիան, հետևաբար, գտնվում է մեջտեղում՝ ծակոտիների տրամագծով 2-ից 50 նմ (20–500 Å):
Նյութեր
Մոլեկուլային մաղերը կարող են լինել միկրոծակոտկեն, մեզոպորոզ կամ մակրածակոտկավոր նյութեր:
միկրոծակոտկեն նյութ (
●Զեոլիտներ (ալյումինոսիլիկատային հանքանյութեր, որոնք չպետք է շփոթել ալյումինի սիլիկատի հետ)
●Զեոլիտ LTA՝ 3–4 Å
●Ծակոտկեն ապակի՝ 10 Å (1 նմ) և բարձր
●Ակտիվ ածխածին. 0–20 Å (0–2 նմ) և ավելի
●Կավեր
●Մոնտմորիլլոնիտի խառնուրդներ
●Հալոիզիտ (էնդելիտ). Գտնվում են երկու ընդհանուր ձևեր, երբ կավը խոնավացնում է շերտերի միջև հեռավորությունը 1 նմ, իսկ ջրազրկման դեպքում (մետա-հալոյիզիտ) հեռավորությունը 0,7 նմ է: Halloysite-ը բնականաբար հանդիպում է որպես փոքր բալոններ, որոնց տրամագիծը միջինում 30 նմ է, երկարությունը 0,5-ից մինչև 10 միկրոմետր:
Մեզոպորոզ նյութ (2–50 նմ)
Սիլիցիումի երկօքսիդ (օգտագործվում է սիլիկա գել պատրաստելու համար)՝ 24 Å (2,4 նմ)
Մաքրածակոտկեն նյութ (>50 նմ)
Մաքրածակոտկեն սիլիցիում, 200–1000 Å (20–100 նմ)
Հավելվածներ[խմբագրել]
Մոլեկուլային մաղերը հաճախ օգտագործվում են նավթարդյունաբերության մեջ, հատկապես գազի հոսքերը չորացնելու համար: Օրինակ, հեղուկ բնական գազի (LNG) արդյունաբերության մեջ գազի ջրի պարունակությունը պետք է կրճատվի մինչև 1 ppmv-ից պակաս՝ սառույցի կամ մեթանի կլատրատի պատճառով առաջացած խցանումները կանխելու համար:
Լաբորատորիայում մոլեկուլային մաղերը օգտագործվում են լուծիչը չորացնելու համար: «Մաղերը» ապացուցել են, որ գերազանցում են ավանդական չորացման մեթոդները, որոնք հաճախ օգտագործում են ագրեսիվ չորացնող նյութեր:
Զեոլիտ տերմինի ներքո մոլեկուլային մաղերը օգտագործվում են կատալիտիկ կիրառությունների լայն շրջանակի համար: Նրանք կատալիզացնում են իզոմերիացումը, ալկիլացումը և էպօքսիդացումը և օգտագործվում են լայնածավալ արդյունաբերական գործընթացներում, ներառյալ հիդրոկրեկինգը և հեղուկ կատալիտիկ կոտրումը:
Դրանք նաև օգտագործվում են շնչառական սարքերի համար օդային պաշարների ֆիլտրման համար, օրինակ՝ սուզվողների և հրշեջների կողմից օգտագործվող օդային պաշարների համար: Նման կիրառություններում օդը մատակարարվում է օդային կոմպրեսորով և անցնում փամփուշտի ֆիլտրի միջով, որը, կախված կիրառությունից, լցված է մոլեկուլային մաղով և/կամ ակտիվացված ածխածնով և վերջապես օգտագործվում է շնչառական օդի տանկերը լիցքավորելու համար: Նման ֆիլտրումը կարող է հեռացնել մասնիկները: և կոմպրեսորային արտանետվող արտադրանքները շնչառական օդի մատակարարումից:
FDA հաստատում.
ԱՄՆ FDA-ն 2012թ. ապրիլի 1-ի դրությամբ հաստատել է նատրիումի ալյումինոսիլիկատը 21 CFR 182.2727 ստանդարտով սպառվող իրերի հետ անմիջական շփման համար: Մինչ այս հաստատումը Եվրոպական Միությունը օգտագործել էր դեղագործական միջոցներով մոլեկուլային մաղեր և անկախ փորձարկումներ առաջարկել էին, որ մոլեկուլային մաղերը համապատասխանում են կառավարության բոլոր պահանջներին, արդյունաբերությունը չէր ցանկանում ֆինանսավորել պետական ​​հաստատման համար պահանջվող թանկարժեք փորձարկումները:
Վերածնում
Մոլեկուլային մաղերի վերականգնման մեթոդները ներառում են ճնշման փոփոխությունը (ինչպես թթվածնի խտացուցիչներում), տաքացումը և մաքրումը կրող գազով (ինչպես, երբ օգտագործվում է էթանոլի ջրազրկման դեպքում), կամ տաքացումը բարձր վակուումի տակ: Վերականգնման ջերմաստիճանը տատանվում է 175 °C (350 °F) մինչև 315 °C (600 °F)՝ կախված մոլեկուլային մաղի տեսակից: Ի հակադրություն, սիլիկա գելը կարող է վերականգնվել՝ տաքացնելով այն սովորական ջեռոցում մինչև 120 °C (250 °F) երկու ժամ: Այնուամենայնիվ, սիլիկա գելի որոշ տեսակներ «կթափվեն», երբ ենթարկվեն բավարար ջրի: Դա պայմանավորված է ջրի հետ շփվելիս սիլիցիումի գնդերի կոտրվածքով:

Մոդել	Ծակոտիների տրամագիծը (Ångström)	Զանգվածային խտություն (գ/մլ)	Կլանված ջուր (% w/w)	Մաշվածություն կամ քայքայում, Վ(% w/w)	Օգտագործումը
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Չորացում-իցնավթի ճեղքումգազ և ալկեններ, H2O-ի ընտրովի կլանումըՄեկուսացված ապակի (IG)և պոլիուրեթանային, չորացումէթանոլային վառելիքբենզինի հետ խառնվելու համար։
4Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Ջրի կլանումը մեջնատրիումի ալյումինոսիլիկատորը հաստատված է FDA-ի կողմից (տեսստորև) օգտագործվում է որպես մոլեկուլային մաղ բժշկական տարաներում՝ պարունակությունը չոր պահելու և ինչպեսսննդային հավելումունենալովԷլեկտրոնային համարըE-554 (հակաքարային նյութ); Նախընտրելի է ստատիկ ջրազրկման համար փակ հեղուկ կամ գազային համակարգերում, օրինակ՝ դեղերի, էլեկտրական բաղադրիչների և փչացող քիմիական նյութերի փաթեթավորման համար. ջրի մաքրում տպագրական և պլաստմասսա համակարգերում և չորացնելով հագեցած ածխաջրածնային հոսքերը: Կլանված տեսակները ներառում են SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 և C3H6: Ընդհանուր առմամբ համարվում է ունիվերսալ չորացնող միջոց բևեռային և ոչ բևեռային միջավայրերում.[12]-ի տարանջատումբնական գազևալկեններ, ջրի կլանումը ոչ ազոտի զգայունության մեջպոլիուրեթանային
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Յուղազերծում և հորդառատ կետի դեպրեսիաավիացիան կերոսինևդիզել, և ալկենների տարանջատում
5Å փոքր թթվածնով հարստացված	5	0,4–0,8	≥23		Հատուկ նախագծված բժշկական կամ առողջ թթվածնի գեներատորի համար[անհրաժեշտ է մեջբերում]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Օդի չորացում և մաքրում;ջրազրկումևծծմբազրկումբնական գազի ևհեղուկ նավթային գազ;թթվածինևջրածինըարտադրությունը՝ ըստճնշման ճոճանակի կլանումըգործընթաց
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Բարձր արդյունավետ սորբցիա, որն օգտագործվում է չորացման, ածխաթթվացման, գազի և հեղուկների ծծմբազրկման և տարանջատման համարանուշաբույր ածխաջրածին
13X	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Նավթային գազի և բնական գազի չորացում, ծծմբազրկում և մաքրում
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Decarburizationև չորացում օդի տարանջատման արդյունաբերության մեջ, ազոտի տարանջատում թթվածնից թթվածնի խտացուցիչներում
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Քաղցրացնող(հեռացումթիոլներ) -իցավիացիոն վառելիքև համապատասխանհեղուկ ածխաջրածիններ

Ադսորբցիոն հնարավորություններ

3Å

Մոտավոր քիմիական բանաձև՝ ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3• 2 SiO2 • 9/2 H2O

Սիլիցիում-կավահող հարաբերակցությունը՝ SiO2/ Al2O3≈2

Արտադրություն

3A մոլեկուլային մաղերը արտադրվում են կատիոնների փոխանակմամբկալիումհամարնատրիում4A մոլեկուլային մաղերում (տես ստորև)

Օգտագործումը

3Å մոլեկուլային մաղերը չեն ներծծում մոլեկուլները, որոնց տրամագիծը 3 Ա-ից մեծ է: Այս մոլեկուլային մաղերի բնութագրերը ներառում են արագ կլանման արագություն, հաճախակի վերածնվելու ունակություն, լավ ջախջախիչ դիմադրություն ևաղտոտման դիմադրություն. Այս հատկանիշները կարող են բարելավել մաղի և՛ արդյունավետությունը, և՛ կյանքի տևողությունը: 3Å մոլեկուլային մաղերը նավթի և քիմիական արդյունաբերության մեջ անհրաժեշտ չորացուցիչն են նավթի վերամշակման, պոլիմերացման և քիմիական գազով հեղուկի խորության չորացման համար:

3Å մոլեկուլային մաղերը օգտագործվում են մի շարք նյութերի չորացման համար, ինչպիսիք ենէթանոլ, օդ,սառնագենտներ,բնական գազևչհագեցած ածխաջրածիններ. Վերջիններս ներառում են ճաքող գազ,ացետիլեն,էթիլեն,պրոպիլենևբութադիեն.

3Å մոլեկուլային մաղը օգտագործվում է էթանոլից ջուրը հեռացնելու համար, որը հետագայում կարող է ուղղակիորեն օգտագործվել որպես կենսավառելիք կամ անուղղակիորեն արտադրել տարբեր ապրանքներ, ինչպիսիք են քիմիական նյութերը, սննդամթերքը, դեղագործական արտադրանքը և այլն: Քանի որ նորմալ թորումը չի կարող ամբողջ ջուրը (էթանոլի արտադրության անցանկալի կողմնակի արտադրանք) հեռացնել էթանոլի գործընթացի հոսքերից՝ազեոտրոպ95,6 տոկոս զանգվածային կոնցենտրացիայով, մոլեկուլային մաղի հատիկներն օգտագործվում են էթանոլն ու ջուրը մոլեկուլային մակարդակով առանձնացնելու համար՝ ջուրը ներծծելով հատիկների մեջ և թույլ տալով, որ էթանոլն ազատ անցնի: Երբ ուլունքները լցված են ջրով, ջերմաստիճանը կամ ճնշումը կարող են մանիպուլյացիայի ենթարկվել՝ թույլ տալով, որ ջուրն ազատվի մոլեկուլային մաղի ուլունքներից:[15]

3Å մոլեկուլային մաղերը պահվում են սենյակային ջերմաստիճանում, 90%-ից ոչ ավելի հարաբերական խոնավությամբ: Դրանք կնքվում են նվազեցված ճնշման տակ՝ հեռու պահելով ջրից, թթուներից և ալկալիներից:

4Å

Քիմիական բանաձեւ՝ Na2O•Al2O3•2SiO2•9/2H2O

Սիլիցիում-ալյումին հարաբերակցությունը՝ 1:1 (SiO2/Al2O3≈2)

Արտադրություն

4Å մաղի արտադրությունը համեմատաբար պարզ է, քանի որ այն չի պահանջում ոչ բարձր ճնշում, ոչ էլ առանձնապես բարձր ջերմաստիճան: Սովորաբար ջրային լուծույթներընատրիումի սիլիկատևնատրիումի ալյումինատմիացվում են 80 °C ջերմաստիճանում։ Լուծիչներով ներծծված արտադրանքը «ակտիվացվում է» 400 °C ջերմաստիճանում «թխելու» միջոցով 4A մաղերը ծառայում են որպես 3A և 5A մաղերի նախադրյալներ։կատիոնների փոխանակում-իցնատրիումհամարկալիում(3A-ի համար) կամկալցիում(5A-ի համար)

Օգտագործումը

Չորացման լուծիչներ

4Å մոլեկուլային մաղերը լայնորեն օգտագործվում են լաբորատոր լուծիչները չորացնելու համար։ Նրանք կարող են կլանել ջուրը և 4 Å-ից պակաս կրիտիկական տրամագծով այլ մոլեկուլներ, ինչպիսիք են NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 և C2H4: Նրանք լայնորեն օգտագործվում են հեղուկների և գազերի չորացման, զտման և զտման մեջ (օրինակ՝ արգոն պատրաստելու համար)։

 

Պոլիեսթեր գործակալի հավելումներ[խմբագրել]

Այս մոլեկուլային մաղերը օգտագործվում են լվացող միջոցներին օգնելու համար, քանի որ դրանք կարող են դեմինալացված ջուր արտադրելկալցիումիոնների փոխանակում, հեռացնել և կանխել կեղտի նստվածքը: Նրանք լայնորեն օգտագործվում են փոխարինելու համարֆոսֆոր. 4Å մոլեկուլային մաղը մեծ դեր է խաղում նատրիումի տրիպոլիֆոսֆատը փոխարինելու համար՝ որպես լվացող միջոց՝ մաքրող միջոցի շրջակա միջավայրի վրա ազդեցությունը մեղմելու նպատակով: Այն կարող է օգտագործվել նաև որպեսօճառձևավորող և ներսատամի մածուկ.

Վնասակար թափոնների բուժում

4Å մոլեկուլային մաղերը կարող են մաքրել կեղտաջրերը կատիոնային տեսակներից, ինչպիսիք ենամոնիումիոններ, Pb2+, Cu2+, Zn2+ և Cd2+։ NH4+-ի համար բարձր ընտրողականության շնորհիվ դրանք հաջողությամբ կիրառվել են դաշտում պայքարելու համարէվտրոֆիկացիաև ջրային ուղիներում ամոնիումի ավելցուկային իոնների պատճառով այլ ազդեցություններ: 4Å մոլեկուլային մաղերը օգտագործվել են նաև արդյունաբերական գործունեության պատճառով ջրում առկա ծանր մետաղների իոնները հեռացնելու համար:

Այլ նպատակներ

Այնմետալուրգիական արդյունաբերությունտարանջատող նյութ, կալիումի կալիումի տարանջատում, արդյունահանում,ռուբիդիում,ցեզիումև այլն։

նավթաքիմիական արդյունաբերություն,կատալիզատոր,չորացնող միջոց, ներծծող

Գյուղատնտեսություն:հողի կոնդիցիոներ

Բժշկություն՝ բեռնված արծաթցեոլիտհակաբակտերիալ միջոց.

5Å

Քիմիական բանաձև՝ 0.7CaO•0.30Na2O•Al2O3•2.0SiO2 •4.5H2O

Սիլիցիում-կավահող հարաբերակցությունը՝ SiO2/ Al2O3≈2

Արտադրություն

5A մոլեկուլային մաղերը արտադրվում են կատիոնների փոխանակման արդյունքումկալցիումհամարնատրիում4A մոլեկուլային մաղերում (տե՛ս վերևում)

Օգտագործումը

Հինգ-ångström(5Å) մոլեկուլային մաղերը հաճախ օգտագործվում եննավթայինարդյունաբերություն, հատկապես գազային հոսքերի մաքրման և տարանջատման քիմիայի լաբորատորիայումմիացություններև չորացման ռեակցիայի ելանյութերը: Դրանք պարունակում են ճշգրիտ և միատեսակ չափերի մանր ծակոտիներ և հիմնականում օգտագործվում են որպես գազերի և հեղուկների ներծծող նյութ:

Չորացնելու համար օգտագործվում են հինգ-ångström մոլեկուլային մաղերբնական գազ, կատարման հետ մեկտեղծծմբազրկումևածխաթթվացումգազից։ Դրանք կարող են օգտագործվել նաև թթվածնի, ազոտի և ջրածնի խառնուրդները, ինչպես նաև նավթամոմ n-ածխաջրածինները ճյուղավորված և պոլիցիկլիկ ածխաջրածիններից առանձնացնելու համար։

Հինգ-ångström մոլեկուլային մաղերը պահվում են սենյակային ջերմաստիճանում, aհարաբերական խոնավություն90%-ից պակաս ստվարաթղթե տակառներում կամ ստվարաթղթե փաթեթավորման մեջ: Մոլեկուլային մաղերը չպետք է ուղղակիորեն ենթարկվեն օդի և ջրի, պետք է խուսափել թթուներից և ալկալիներից:

Մոլեկուլային մաղերի ձևաբանություն

Մոլեկուլային մաղերը հասանելի են տարբեր ձևերի և չափերի: Սակայն գնդաձև ուլունքները առավելություն ունեն այլ ձևերի նկատմամբ, քանի որ նրանք առաջարկում են ավելի ցածր ճնշման անկում, դիմացկուն են քայքայման համար, քանի որ չունեն սուր եզրեր և ունեն լավ ամրություն, այսինքն՝ մեկ միավորի համար պահանջվող ջախջախիչ ուժը ավելի մեծ է: Որոշ ուլունքավոր մոլեկուլային մաղեր առաջարկում են ավելի ցածր ջերմային հզորություն, այդպիսով նվազեցնում են էներգիայի պահանջները վերականգնման ժամանակ:

Բշտիկավոր մոլեկուլային մաղերի օգտագործման մյուս առավելությունն այն է, որ զանգվածային խտությունը սովորաբար ավելի բարձր է, քան մյուս ձևերը, հետևաբար, կլանման նույն պահանջի համար մոլեկուլային մաղի պահանջվող ծավալը ավելի քիչ է: Այսպիսով, շշերի հեռացման ժամանակ կարելի է օգտագործել ուլունքավոր մոլեկուլային մաղեր, ներբեռնել ավելի շատ կլանիչ նույն ծավալով և խուսափել նավի ցանկացած փոփոխությունից: