Մոլեկուլային մաղը մի նյութ է, որն ունի միատարր չափի ծակոտիներ (շատ փոքր անցքեր): Այս ծակոտիների տրամագծերը նման են փոքր մոլեկուլների տրամագծերին, ուստի մեծ մոլեկուլները չեն կարող մտնել կամ ադսորբվել, մինչդեռ փոքր մոլեկուլները կարող են: Երբ մոլեկուլների խառնուրդը տեղափոխվում է ծակոտկեն, կիսապինդ նյութի անշարժ շերտով, որը կոչվում է մաղ (կամ մատրից), ամենաբարձր մոլեկուլային քաշ ունեցող բաղադրիչները (որոնք չեն կարողանում անցնել մոլեկուլային ծակոտիների մեջ) առաջինը լքում են շերտը, որին հաջորդաբար հաջորդում են ավելի փոքր մոլեկուլները: Որոշ մոլեկուլային մաղեր օգտագործվում են չափի բացառման քրոմատոգրաֆիայում, որը բաժանման տեխնիկա է, որը տեսակավորում է մոլեկուլները դրանց չափի հիման վրա: Այլ մոլեկուլային մաղեր օգտագործվում են որպես չորացնող նյութեր (որոշ օրինակներից են ակտիվացված ածուխը և սիլիցիումային գելը):
Մոլեկուլային մաղի անցքերի տրամագիծը չափվում է անգստրյոմներով (Å) կամ նանոմետրերով (նմ): IUPAC-ի նշագրության համաձայն, միկրոծակոտկեն նյութերն ունեն 2 նմ-ից (20 Å) փոքր անցքերի տրամագիծ, իսկ մակրծակոտկեն նյութերը՝ 50 նմ-ից (500 Å) մեծ անցքերի տրամագիծ. մեզոծակոտկեն կատեգորիան, հետևաբար, գտնվում է միջինում՝ անցքերի տրամագծով 2-ից 50 նմ (20–500 Å):
Նյութեր
Մոլեկուլային մաղերը կարող են լինել միկրոծակոտկեն, մեզոծակոտկեն կամ մակրոպոտկեն նյութ։
Միկրոպորոզ նյութ (
●Զեոլիտներ (ալյումինասիլիկատային միներալներ, չշփոթել ալյումինի սիլիկատի հետ)
● Զեոլիթի LTA: 3–4 Å
● Ծակոտկեն ապակի՝ 10 Å (1 նմ) և ավելի
● Ակտիվ ածխածին՝ 0–20 Å (0–2 նմ) և ավելի
●Կավեր
● Մոնտմորիլոնիտի խառնուրդներ
●Հալոյզիտ (էնդելիտ). Հանդիպում են երկու տարածված ձև՝ հիդրատացված վիճակում կավը շերտերի միջև ունի 1 նմ հեռավորություն, իսկ ջրազրկված վիճակում (մետա-հալոյզիտ)՝ 0.7 նմ հեռավորություն։ Հալոյզիտը բնականաբար հանդիպում է փոքր գլանների տեսքով, որոնց միջին տրամագիծը 30 նմ է, իսկ երկարությունը՝ 0.5-ից 10 միկրոմետր։
Մեզոփորոզ նյութ (2–50 նմ)
Սիլիցիումի երկօքսիդ (օգտագործվում է սիլիցիումային գել պատրաստելու համար): 24 Å (2.4 նմ)
Մակրոծակոտկեն նյութ (>50 նմ)
Մակրոպորոզ սիլիցիում, 200–1000 Å (20–100 նմ)
Կիրառություններ[խմբագրել]
Մոլեկուլային մաղերը հաճախ օգտագործվում են նավթարդյունաբերության մեջ, մասնավորապես գազային հոսքերի չորացման համար: Օրինակ՝ հեղուկ բնական գազի (ՀԲԳ) արդյունաբերության մեջ գազի ջրի պարունակությունը պետք է նվազեցվի մինչև 1 ppmv-ից պակաս՝ սառույցի կամ մեթանի կլատրատի պատճառով առաջացած խցանումները կանխելու համար:
Լաբորատորիայում լուծիչը չորացնելու համար օգտագործվում են մոլեկուլային մաղեր: «Մաղերը» ապացուցել են իրենց գերազանցությունը ավանդական չորացման տեխնիկայի նկատմամբ, որոնք հաճախ օգտագործում են ագրեսիվ չորացնող նյութեր:
Զեոլիտներ անվան տակ մոլեկուլային մաղերը օգտագործվում են կատալիտիկ լայն կիրառությունների համար։ Դրանք կատալիզացնում են իզոմերացումը, ալկիլացումը և էպօքսիդացումը, և օգտագործվում են մեծածավալ արդյունաբերական գործընթացներում, ներառյալ հիդրոքրեքինգը և հեղուկ կատալիտիկ կրեկինգը։
Դրանք նաև օգտագործվում են շնչառական սարքերի օդային մատակարարումների ֆիլտրացման համար, օրինակ՝ սուզորդների և հրշեջների կողմից օգտագործվողների համար: Նման կիրառություններում օդը մատակարարվում է օդային կոմպրեսորի միջոցով և անցնում փամփուշտային ֆիլտրի միջով, որը, կախված կիրառությունից, լցված է մոլեկուլային մաղով և/կամ ակտիվացված ածխածնով, վերջապես օգտագործվելով շնչառական օդի բալոնները լիցքավորելու համար: Նման ֆիլտրացումը կարող է հեռացնել մասնիկները և կոմպրեսորի արտանետվող արգասիքները շնչառական օդի մատակարարումից:
FDA-ի հաստատումը։
ԱՄՆ Սննդի և դեղերի վարչությունը (FDA) 2012 թվականի ապրիլի 1-ի դրությամբ հաստատել է նատրիումի ալյումինասիլիկատի օգտագործումը սպառվող իրերի հետ անմիջական շփման համար՝ համաձայն 21 CFR 182.2727-ի։ Այս հաստատումից առաջ Եվրամիությունը մոլեկուլային մաղեր էր օգտագործել դեղագործական արտադրանքի հետ, և անկախ փորձարկումները ցույց էին տալիս, որ մոլեկուլային մաղերը համապատասխանում են կառավարության բոլոր պահանջներին, սակայն արդյունաբերությունը չէր ցանկանում ֆինանսավորել կառավարության հաստատման համար անհրաժեշտ թանկարժեք փորձարկումները։
Վերածնունդ
Մոլեկուլային մաղերի վերականգնման մեթոդները ներառում են ճնշման փոփոխություն (ինչպես թթվածնի կոնցենտրատորներում), տաքացում և մաքրում կրող գազով (ինչպես էթանոլի ջրազրկման դեպքում) կամ տաքացում բարձր վակուումի տակ: Վերականգնման ջերմաստիճանները տատանվում են 175 °C (350 °F)-ից մինչև 315 °C (600 °F)՝ կախված մոլեկուլային մաղի տեսակից: Ի տարբերություն դրա, սիլիցիումային գելը կարող է վերականգնվել՝ այն սովորական ջեռոցում մինչև 120 °C (250 °F) երկու ժամ տաքացնելով: Այնուամենայնիվ, սիլիցիումային գելի որոշ տեսակներ «պայթում» են բավարար քանակությամբ ջրի ազդեցության տակ: Սա պայմանավորված է սիլիցիումային գնդիկների կոտրվելով՝ ջրի հետ շփվելիս:
| Մոդել | Ծակոտիների տրամագիծը (Անգստրյոմ) | Ծավալային խտություն (գ/մլ) | Ադսորբված ջուր (% ք/ք) | Օգտագործում | |
| 3 Å | 3 | 0.60–0.68 | 19–20 | 0.3–0.6 | Չորացում-ինավթի կրեկինգգազ և ալկեններ, H2O-ի ընտրողական ադսորբցիաջերմամեկուսացված ապակի (IG)և պոլիուրեթան, չորացումէթանոլային վառելիքբենզինի հետ խառնելու համար։ |
| 4 Å | 4 | 0.60–0.65 | 20–21 | 0.3–0.6 | Ջրի ներծծումընատրիումի ալյումինասիլիկատորը հաստատված է FDA-ի կողմից (տե՛սներքևում) օգտագործվում է որպես մոլեկուլային մաղ բժշկական տարաներում՝ պարունակությունը չոր պահելու համար և որպեսսննդային հավելումունենալովԷլեկտրոնային համարE-554 (հակակպչուն նյութ): Նախընտրելի է ստատիկ ջրազրկման համար փակ հեղուկ կամ գազային համակարգերում, օրինակ՝ դեղերի, էլեկտրական բաղադրիչների և փչացող քիմիական նյութերի փաթեթավորման մեջ, ջրի կլանման համար տպագրական և պլաստմասսայե համակարգերում և հագեցած ածխաջրածնային հոսքերի չորացման համար: Ադսորբված տեսակների թվում են SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 և C3H6: Ընդհանուր առմամբ համարվում է ունիվերսալ չորացնող նյութ բևեռային և ոչ բևեռային միջավայրերում:[12]բաժանումըբնական գազևալկեններ, ջրի ադսորբցիա ոչ ազոտի նկատմամբ զգայունպոլիուրեթան |
| 5Å-DW | 5 | 0.45–0.50 | 21–22 | 0.3–0.6 | Ճարպազերծում և թափման կետի իջեցումավիացիա կերոսինևդիզելային վառելիքև ալկենների բաժանումը |
| 5 Å փոքր թթվածնով հարստացված | 5 | 0.4–0.8 | ≥23 | Հատուկ նախագծված է բժշկական կամ առողջ թթվածնի գեներատորի համար[հղումը անհրաժեշտ է] | |
| 5 Å | 5 | 0.60–0.65 | 20–21 | 0.3–0.5 | Օդի չորացում և մաքրում;ջրազրկումևծծմբազերծումբնական գազի ևհեղուկ նավթային գազ;թթվածինևջրածինարտադրությունըճնշման տատանման ադսորբցիագործընթաց |
| 10X | 8 | 0.50–0.60 | 23–24 | 0.3–0.6 | Բարձր արդյունավետ սորբցիա, որն օգտագործվում է գազերի և հեղուկների չորացման, ապաածխածնազերծման, ծծմբազերծման և տարանջատման համար։արոմատիկ ածխաջրածին |
| 13X | 10 | 0.55–0.65 | 23–24 | 0.3–0.5 | Նավթային և բնական գազի չորացում, ծծմբազերծում և մաքրում |
| 13X-AS | 10 | 0.55–0.65 | 23–24 | 0.3–0.5 | Դեկարբուրացումև չորացում օդի բաժանման արդյունաբերության մեջ, ազոտի բաժանումը թթվածնից թթվածնի կոնցենտրատորներում |
| Cu-13X | 10 | 0.50–0.60 | 23–24 | 0.3–0.5 | Քաղցրացուցիչ(հեռացումթիոլներ) -իցավիացիոն վառելիքև համապատասխանհեղուկ ածխաջրածիններ |
Կլանման հնարավորություններ
3 Å
Մոտավոր քիմիական բանաձև՝ ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3 • 2 SiO2 • 9/2 H2O
Սիլիցիում-ալյումինի հարաբերակցություն՝ SiO2/Al2O3≈2
Արտադրություն
3A մոլեկուլային մաղերը արտադրվում են կատիոնային փոխանակման միջոցովկալիումհամարնատրիում4A մոլեկուլային մաղերում (տե՛ս ստորև)
Օգտագործում
3 Å մոլեկուլային մաղերը չեն կլանում 3 Å-ից մեծ տրամագծեր ունեցող մոլեկուլներ: Այս մոլեկուլային մաղերի բնութագրերից են արագ կլանումը, հաճախակի վերականգնման ունակությունը, լավ ջարդման դիմադրությունը ևաղտոտման դիմադրությունԱյս առանձնահատկությունները կարող են բարելավել մաղի ինչպես արդյունավետությունը, այնպես էլ կյանքի տևողությունը: 3 Å մոլեկուլային մաղերը անհրաժեշտ չորացնող նյութ են նավթի և քիմիական արդյունաբերություններում՝ նավթի զտման, պոլիմերացման և քիմիական գազ-հեղուկ խորը չորացման համար:
3 Å մոլեկուլային մաղերը օգտագործվում են տարբեր նյութերի չորացման համար, ինչպիսիք են՝էթանոլ, օդ,սառեցնող նյութեր,բնական գազևչհագեցած ածխաջրածիններՎերջիններս 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՝ տարբեր արտադրանքներ, ինչպիսիք են քիմիական նյութերը, սննդամթերքը, դեղագործական արտադրանքը և այլն, արտադրելու համար: Քանի որ սովորական թորումը չի կարող հեռացնել ամբողջ ջուրը (էթանոլի արտադրության անցանկալի ենթամթերք) էթանոլի գործընթացային հոսքերից՝ առաջացման պատճառով:ազեոտրոպՄոտ 95.6 տոկոս քաշային կոնցենտրացիայով, մոլեկուլային մաղի գնդիկները օգտագործվում են էթանոլը և ջուրը մոլեկուլային մակարդակով առանձնացնելու համար՝ ջուրը գնդիկների մեջ ներծծելով և թույլ տալով էթանոլին ազատորեն անցնել: Երբ գնդիկները լցվում են ջրով, ջերմաստիճանը կամ ճնշումը կարող են կարգավորվել, ինչը թույլ է տալիս ջուրը դուրս մղել մոլեկուլային մաղի գնդիկներից:[15]
3 Å մոլեկուլային մաղերը պահվում են սենյակային ջերմաստիճանում, ոչ ավելի, քան 90% հարաբերական խոնավության պայմաններում: Դրանք կնքվում են նվազեցված ճնշման տակ՝ պահելով ջրից, թթուներից և ալկալիներից հեռու:
4 Å
Քիմիական բանաձև՝ Na2O•Al2O3•2SiO2•9/2H2O
Սիլիցիում-ալյումին հարաբերակցություն՝ 1:1 (SiO2/Al2O3≈2)
Արտադրություն
4Å մաղի արտադրությունը համեմատաբար պարզ է, քանի որ այն չի պահանջում ո՛չ բարձր ճնշումներ, ո՛չ էլ հատկապես բարձր ջերմաստիճաններ: Սովորաբար ջրային լուծույթներ են՝նատրիումի սիլիկատևնատրիումի ալյումինատխառնվում են 80°C ջերմաստիճանում։ Լուծիչով ներծծված արտադրանքը «ակտիվանում» է 400°C ջերմաստիճանում «թխելու» միջոցով։ 4A մաղերը ծառայում են որպես 3A և 5A մաղերի նախորդներ՝կատիոնային փոխանակում-ինատրիումհամարկալիում(3A-ի համար) կամկալցիում(5A-ի համար)
Օգտագործում
Չորացնող լուծիչներ
4 Å մոլեկուլային մաղերը լայնորեն օգտագործվում են լաբորատոր լուծիչները չորացնելու համար: Դրանք կարող են կլանել ջուր և այլ մոլեկուլներ, որոնց կրիտիկական տրամագիծը 4 Å-ից պակաս է, ինչպիսիք են NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 և C2H4: Դրանք լայնորեն օգտագործվում են հեղուկների և գազերի չորացման, զտման և մաքրման մեջ (օրինակ՝ արգոնի ստացման մեջ):
Պոլիեսթերային հավելանյութեր [խմբագրել]
Այս մոլեկուլային մաղերը օգտագործվում են լվացող միջոցներին օգնելու համար, քանի որ դրանք կարող են ապամիներալացված ջուր արտադրելկալցիումիոնափոխանակում, հեռացնում և կանխում կեղտի նստվածքը։ Դրանք լայնորեն օգտագործվում են փոխարինելու համարֆոսֆոր4Å մոլեկուլային մաղը մեծ դեր է խաղում նատրիումի տրիպոլիֆոսֆատը որպես լվացքի միջոցի օժանդակ միջոց փոխարինելու գործում՝ լվացքի միջոցի շրջակա միջավայրի վրա ազդեցությունը մեղմելու համար: Այն նաև կարող է օգտագործվել որպեսօճառձևավորող նյութ և ներսումատամի մածուկ.
Վնասակար թափոնների մշակում
4Å մոլեկուլային մաղերը կարող են մաքրել կոյուղիները կատիոնային տեսակներից, ինչպիսիք են՝ամոնիումիոններ, Pb2+, Cu2+, Zn2+ և Cd2+: NH4+-ի նկատմամբ բարձր ընտրողականության շնորհիվ դրանք հաջողությամբ կիրառվել են դաշտում՝ պայքարելու համարէվտրոֆիկացիաև այլ ազդեցություններ ջրային ուղիներում՝ ամոնիումի իոնների ավելցուկի պատճառով: 4Å մոլեկուլային մաղերը նույնպես օգտագործվել են արդյունաբերական գործունեության պատճառով ջրում առկա ծանր մետաղների իոնները հեռացնելու համար:
Այլ նպատակներ
Theմետաղագործական արդյունաբերությունբաժանող նյութ, բաժանում, աղաջրի կալիումի արդյունահանում,ռուբիդիում,ցեզիումև այլն
Նավթաքիմիական արդյունաբերություն,կատալիզատոր,չորացնող միջոց, ադսորբենտ
Գյուղատնտեսություն.հողի բարելավիչ
Դեղամիջոց՝ արծաթի լիցքավորումզեոլիտհակաբակտերիալ միջոց։
5 Å
Քիմիական բանաձև՝ 0.7CaO•0.30Na2O•Al2O3•2.0SiO2•4.5H2O
Սիլիցիում-ալյումինի հարաբերակցություն՝ SiO2/Al2O3≈2
Արտադրություն
5A մոլեկուլային մաղերը արտադրվում են կատիոնային փոխանակման միջոցովկալցիումհամարնատրիում4A մոլեկուլային մաղերում (տե՛ս վերևում)
Օգտագործում
Հինգ-անգստրյոմ(5 Å) մոլեկուլային մաղերը հաճախ օգտագործվում եննավթարդյունաբերություն, մասնավորապես գազային հոսքերի մաքրման և քիմիական լաբորատորիայում՝ տարանջատման համարմիացություններև չորացման ռեակցիայի ելանյութեր։ Դրանք պարունակում են ճշգրիտ և միատարր չափի փոքրիկ ծակոտիներ և հիմնականում օգտագործվում են որպես գազերի և հեղուկների ադսորբենտ։
Չորացման համար օգտագործվում են հինգ անգստրեմ մոլեկուլային մաղերբնական գազ, կատարման հետ մեկտեղծծմբազերծումևդեկարբոնացումգազի։ Դրանք կարող են նաև օգտագործվել թթվածնի, ազոտի և ջրածնի խառնուրդների, ինչպես նաև յուղ-մոմի n-ածխաջրածինների ճյուղավորված և պոլիցիկլիկ ածխաջրածիններից առանձնացնելու համար։
Հինգ անգստրեմանոց մոլեկուլային մաղերը պահվում են սենյակային ջերմաստիճանում՝հարաբերական խոնավություն90%-ից պակաս՝ ստվարաթղթե տակառներում կամ ստվարաթղթե փաթեթավորման մեջ։ Մոլեկուլային մաղերը չպետք է անմիջականորեն ենթարկվեն օդի և ջրի, պետք է խուսափել թթուներից և ալկալիներից։
Մոլեկուլային մաղերի մորֆոլոգիա
Մոլեկուլային մաղերը հասանելի են տարբեր ձևերի և չափերի: Սակայն գնդաձև գնդիկները առավելություն ունեն այլ ձևերի նկատմամբ, քանի որ դրանք ապահովում են ավելի ցածր ճնշման անկում, դիմացկուն են մաշվածությանը, քանի որ չունեն սուր եզրեր, և ունեն լավ ամրություն, այսինքն՝ մակերեսի միավորի համար անհրաժեշտ սեղմման ուժն ավելի բարձր է: Որոշ գնդիկավոր մոլեկուլային մաղեր ապահովում են ավելի ցածր ջերմունակություն, հետևաբար՝ ավելի ցածր էներգիայի պահանջարկ վերականգնման ընթացքում:
Գուլպաներով մոլեկուլային մաղերի օգտագործման մեկ այլ առավելությունն այն է, որ ծավալային խտությունը սովորաբար ավելի բարձր է, քան մյուս ձևերի, հետևաբար նույն ադսորբցիոն պահանջի համար անհրաժեշտ մոլեկուլային մաղի ծավալը ավելի քիչ է: Այսպիսով, նեղացումները վերացնելիս կարելի է օգտագործել գուլպաներով մոլեկուլային մաղեր, նույն ծավալով լցնել ավելի շատ ադսորբենտ և խուսափել տարայի ցանկացած փոփոխությունից:
Հրապարակման ժամանակը. Հուլիս-18-2023
