Uma peneira molecular é um material com poros (orifícios muito pequenos) de tamanho uniforme

Uma peneira molecular é um material com poros (orifícios muito pequenos) de tamanho uniforme. Esses diâmetros de poros são semelhantes em tamanho às moléculas pequenas e, portanto, moléculas grandes não podem entrar ou ser adsorvidas, enquanto moléculas menores podem. À medida que uma mistura de moléculas migra através do leito estacionário de substância porosa e semissólida denominada peneira (ou matriz), os componentes de maior peso molecular (que são incapazes de passar pelos poros moleculares) deixam o leito primeiro, seguido por moléculas sucessivamente menores. Algumas peneiras moleculares são usadas em cromatografia de exclusão de tamanho, uma técnica de separação que classifica as moléculas com base em seu tamanho. Outras peneiras moleculares são usadas como dessecantes (alguns exemplos incluem carvão ativado e sílica gel).
O diâmetro dos poros de uma peneira molecular é medido em ångströms (Å) ou nanômetros (nm). De acordo com a notação IUPAC, os materiais microporosos têm diâmetros de poros inferiores a 2 nm (20 Å) e os materiais macroporosos têm diâmetros de poros superiores a 50 nm (500 Å); a categoria mesoporosa fica, portanto, no meio, com diâmetros de poros entre 2 e 50 nm (20–500 Å).
Materiais
As peneiras moleculares podem ser de material microporoso, mesoporoso ou macroporoso.
Material microporoso (
●Zeólitas (minerais de aluminossilicato, não confundir com silicato de alumínio)
● Zeólita LTA: 3–4 Å
●Vidro poroso: 10 Å (1 nm) e superior
●Carvão ativo: 0–20 Å (0–2 nm) e superior
●Argilas
●Misturas de montmorilonita
●Haloisita (endellita): Duas formas comuns são encontradas, quando hidratada a argila apresenta espaçamento de 1 nm entre as camadas e quando desidratada (meta-haloysita) o espaçamento é de 0,7 nm. Halloysite ocorre naturalmente como pequenos cilindros com diâmetro médio de 30 nm e comprimentos entre 0,5 e 10 micrômetros.
Material mesoporoso (2–50 nm)
Dióxido de silício (usado para fazer sílica gel): 24 Å (2,4 nm)
Material macroporoso (>50 nm)
Sílica macroporosa, 200–1000 Å (20–100 nm)
Aplicações
Peneiras moleculares são frequentemente utilizadas na indústria petrolífera, especialmente para secar fluxos de gases. Por exemplo, na indústria de gás natural liquefeito (GNL), o teor de água do gás precisa ser reduzido para menos de 1 ppmv para evitar bloqueios causados ​​por gelo ou clatrato de metano.
No laboratório, peneiras moleculares são usadas para secar o solvente. As "peneiras" provaram ser superiores às técnicas tradicionais de secagem, que muitas vezes empregam dessecantes agressivos.
Sob o termo zeólitas, as peneiras moleculares são usadas para uma ampla gama de aplicações catalíticas. Eles catalisam a isomerização, a alquilação e a epoxidação e são usados ​​em processos industriais em larga escala, incluindo hidrocraqueamento e craqueamento catalítico fluido.
Eles também são usados ​​na filtragem de suprimentos de ar para aparelhos respiratórios, por exemplo, aqueles usados ​​por mergulhadores e bombeiros. Nessas aplicações, o ar é fornecido por um compressor de ar e passa por um filtro de cartucho que, dependendo da aplicação, é preenchido com peneira molecular e/ou carvão ativado, sendo finalmente utilizado para carregar tanques de ar respirável. e produtos de exaustão do compressor provenientes do fornecimento de ar respirável.
Aprovação da FDA.
A partir de 1º de abril de 2012, o FDA dos EUA aprovou o aluminossilicato de sódio para contato direto com itens consumíveis sob 21 CFR 182.2727. Antes desta aprovação, a União Europeia usava peneiras moleculares com produtos farmacêuticos e testes independentes sugeriam que as peneiras moleculares atendiam a todos os requisitos governamentais, mas a indústria não estava disposta a financiar os dispendiosos testes necessários para a aprovação do governo.
Regeneração
Os métodos para regeneração de peneiras moleculares incluem mudança de pressão (como em concentradores de oxigênio), aquecimento e purga com um gás de arraste (como quando usado na desidratação de etanol) ou aquecimento sob alto vácuo. As temperaturas de regeneração variam de 175 °C (350 °F) a 315 °C (600 °F), dependendo do tipo de peneira molecular. Em contraste, a sílica gel pode ser regenerada aquecendo-a num forno normal a 120 °C (250 °F) durante duas horas. No entanto, alguns tipos de sílica gel irão “estourar” quando expostos a água suficiente. Isto é causado pela quebra das esferas de sílica ao entrar em contato com a água.

Modelo	Diâmetro dos poros (Angström)	Densidade aparente (g/ml)	Água adsorvida (% p/p)	Atrito ou abrasão, W(% p/p)	Uso
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Dessecaçãodecraqueamento de petróleogás e alcenos, adsorção seletiva de H2O emvidro isolado (IG)e poliuretano, secagem deetanol combustívelpara misturar com gasolina.
4Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Adsorção de água emaluminossilicato de sódioque é aprovado pela FDA (verabaixo) usado como peneira molecular em recipientes médicos para manter o conteúdo seco e comoaditivo alimentartendoNúmero EE-554 (agente antiaglomerante); Preferido para desidratação estática em sistemas fechados de líquidos ou gases, por exemplo, em embalagens de medicamentos, componentes elétricos e produtos químicos perecíveis; eliminação de água em sistemas de impressão e plásticos e secagem de fluxos saturados de hidrocarbonetos. As espécies adsorvidas incluem SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 e C3H6. Geralmente considerado um agente secante universal em meios polares e não polares;[12]separação degás naturalealcenos, adsorção de água em substâncias não sensíveis ao nitrogêniopoliuretano
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Desengorduramento e depressão do ponto de fluidez deaviação queroseneediesele separação de alcenos
5Å pequeno enriquecido com oxigênio	5	0,4–0,8	≥23		Especialmente projetado para gerador de oxigênio médico ou saudável[citação necessária]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Dessecação e purificação do ar;desidrataçãoedessulfurizaçãode gás natural egás liquefeito de petróleo;oxigênioehidrogênioprodução poradsorção por oscilação de pressãoprocesso
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Sorção de alta eficiência, utilizada na dessecação, descarbonetação, dessulfurização de gases e líquidos e separação dehidrocarboneto aromático
13X	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Dessecação, dessulfurização e purificação de gás de petróleo e gás natural
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Descarbonetaçãoe dessecação na indústria de separação de ar, separação de nitrogênio do oxigênio em concentradores de oxigênio
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Adoçante(remoção detióis) decombustível de aviaçãoe correspondentehidrocarbonetos líquidos

Capacidades de adsorção

3Å

Fórmula química aproximada: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3• 2 SiO2 • 9/2 H2O

Relação sílica-alumina: SiO2/ Al2O3≈2

Produção

As peneiras moleculares 3A são produzidas por troca catiônica depotássioparasódioem peneiras moleculares 4A (veja abaixo)

Uso

As peneiras moleculares de 3Å não adsorvem moléculas cujos diâmetros sejam maiores que 3 Å. As características dessas peneiras moleculares incluem rápida velocidade de adsorção, capacidade de regeneração frequente, boa resistência ao esmagamento eresistência à poluição. Esses recursos podem melhorar a eficiência e a vida útil da peneira. As peneiras moleculares de 3Å são o dessecante necessário nas indústrias química e de petróleo para refino de petróleo, polimerização e secagem química profunda de gás-líquido.

Peneiras moleculares de 3Å são usadas para secar uma variedade de materiais, comoetanol, ar,refrigerantes,gás naturalehidrocarbonetos insaturados. Estes últimos incluem gás de craqueamento,acetileno,etileno,propilenoebutadieno.

A peneira molecular 3Å é utilizada para remover água do etanol, que mais tarde pode ser usado diretamente como biocombustível ou indiretamente para produzir diversos produtos, como produtos químicos, alimentos, farmacêuticos e muito mais. Como a destilação normal não consegue remover toda a água (um subproduto indesejável da produção de etanol) das correntes do processo de etanol devido à formação de umazeótropocom concentração de cerca de 95,6 por cento em peso, esferas de peneira molecular são usadas para separar etanol e água em nível molecular, adsorvendo a água nas esferas e permitindo que o etanol passe livremente. Uma vez que as esferas estejam cheias de água, a temperatura ou a pressão podem ser manipuladas, permitindo que a água seja liberada das esferas da peneira molecular.[15]

As peneiras moleculares de 3Å são armazenadas em temperatura ambiente, com umidade relativa não superior a 90%. São selados sob pressão reduzida, sendo mantidos afastados de água, ácidos e álcalis.

4Å

Fórmula química: Na2O•Al2O3•2SiO2•9/2H2O

Relação silício-alumínio: 1:1 (SiO2/ Al2O3≈2)

Produção

A produção da peneira 4Å é relativamente simples, pois não requer altas pressões nem temperaturas particularmente altas. Normalmente soluções aquosas desilicato de sódioealuminato de sódiosão combinados a 80 °C. O produto impregnado com solvente é "ativado" por "cozimento" a 400 °C. As peneiras 4A servem como precursoras das peneiras 3A e 5A através detroca catiônicadesódioparapotássio(para 3A) oucálcio(para 5A)

Uso

Solventes de secagem

As peneiras moleculares de 4Å são amplamente utilizadas para secar solventes de laboratório. Eles podem absorver água e outras moléculas com diâmetro crítico inferior a 4 Å, como NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 e C2H4. São amplamente utilizados na secagem, refino e purificação de líquidos e gases (como a preparação de argônio).

 

Aditivos de agente de poliéster[editar]

Essas peneiras moleculares são utilizadas para auxiliar detergentes, pois podem produzir água desmineralizada por meio decálciotroca iônica, remove e evita a deposição de sujeira. Eles são amplamente utilizados para substituirfósforo. A peneira molecular de 4Å desempenha um papel importante na substituição do tripolifosfato de sódio como auxiliar do detergente, a fim de mitigar o impacto ambiental do detergente. Também pode ser usado comosabãoagente formador e empasta de dente.

Tratamento de resíduos nocivos

Peneiras moleculares de 4Å podem purificar esgoto de espécies catiônicas, comoamônioíons, Pb2+, Cu2+, Zn2+ e Cd2+. Devido à alta seletividade para NH4+ eles têm sido aplicados com sucesso em campo para combatereutrofizaçãoe outros efeitos em cursos de água devido ao excesso de íons de amônio. Peneiras moleculares de 4Å também têm sido utilizadas para remover íons de metais pesados ​​presentes na água devido a atividades industriais.

Outros propósitos

Oindústria metalúrgica: agente de separação, separação, extração de salmoura de potássio,rubídio,césio, etc.

Indústria petroquímica,catalisador,dessecante, adsorvente

Agricultura:condicionador de solo

Remédio: carregar pratazeólitoagente antibacteriano.

5Å

Fórmula química: 0,7CaO•0,30Na2O•Al2O3•2,0SiO2 •4,5H2O

Relação sílica-alumina: SiO2/ Al2O3≈2

Produção

As peneiras moleculares 5A são produzidas por troca catiônica decálcioparasódioem peneiras moleculares 4A (veja acima)

Uso

Cinco-AngströmPeneiras moleculares (5Å) são frequentemente utilizadas napetróleoindústria, especialmente para a purificação de fluxos de gases e no laboratório de química para separaçãocompostose secagem dos materiais de partida da reação. Eles contêm poros minúsculos de tamanho preciso e uniforme e são usados ​​​​principalmente como adsorventes de gases e líquidos.

Peneiras moleculares de cinco ångström são usadas para secargás natural, além de realizardessulfurizaçãoedescarbonizaçãodo gás. Eles também podem ser usados ​​para separar misturas de oxigênio, nitrogênio e hidrogênio, e n-hidrocarbonetos de cera de óleo de hidrocarbonetos ramificados e policíclicos.

Peneiras moleculares de cinco ångström são armazenadas em temperatura ambiente, comumidade relativamenos de 90% em barris de papelão ou embalagens cartonadas. As peneiras moleculares não devem ser expostas diretamente ao ar e à água, ácidos e álcalis devem ser evitados.

Morfologia de peneiras moleculares

As peneiras moleculares estão disponíveis em diversos formatos e tamanhos. Mas os grânulos esféricos têm vantagem sobre outros formatos, pois oferecem menor queda de pressão, são resistentes ao atrito, pois não possuem arestas vivas e possuem boa resistência, ou seja, a força de esmagamento necessária por unidade de área é maior. Certas peneiras moleculares frisadas oferecem menor capacidade térmica e, portanto, menores necessidades de energia durante a regeneração.

A outra vantagem de usar peneiras moleculares com contas é que a densidade aparente é geralmente maior do que outro formato, portanto, para o mesmo requisito de adsorção, o volume de peneira molecular necessário é menor. Assim, ao fazer o de-gargalo, pode-se usar peneiras moleculares frisadas, carregar mais adsorvente no mesmo volume e evitar quaisquer modificações no vaso.