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. Os diâmetros desses poros são semelhantes em tamanho aos de pequenas moléculas e, portanto, moléculas grandes não conseguem entrar ou ser adsorvidas, enquanto moléculas menores conseguem. À medida que uma mistura de moléculas migra através do leito estacionário de substância porosa e semissólida, denominado peneira (ou matriz), os componentes de maior massa molecular (que não conseguem passar pelos poros moleculares) saem primeiro do leito, seguidos por moléculas sucessivamente menores. Algumas peneiras moleculares são usadas em cromatografia de exclusão por 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 gel de sílica).
O diâmetro dos poros de uma peneira molecular é medido em ångströms (Å) ou nanômetros (nm). De acordo com a notação da IUPAC, materiais microporosos têm diâmetros de poros menores que 2 nm (20 Å) e materiais macroporosos têm diâmetros de poros maiores que 50 nm (500 Å); a categoria mesoporosa situa-se, portanto, no meio, com diâmetros de poros entre 2 e 50 nm (20–500 Å).
Materiais
As peneiras moleculares podem ser materiais microporosos, mesoporosos ou macroporosos.
Material microporoso (
●Zeólitas (minerais aluminossilicatos, não confundir com silicato de alumínio)
●Zeólita LTA: 3–4 Å
●Vidro poroso: 10 Å (1 nm) e acima
●Carvão ativado: 0–20 Å (0–2 nm) e acima
●Argilas
●Misturas de montmorilonita
● Haloisita (endelita): Encontram-se duas formas comuns: quando hidratada, a argila apresenta um espaçamento entre as camadas de 1 nm e, quando desidratada (meta-haloisita), o espaçamento é de 0,7 nm. A haloisita 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 gel de sílica): 24 Å (2,4 nm)
Material macroporoso (>50 nm)
Sílica macroporosa, 200–1000 Å (20–100 nm)
Aplicações[editar]
As peneiras moleculares são frequentemente utilizadas na indústria do petróleo, especialmente para a secagem de fluxos gasosos. 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.
Em laboratório, peneiras moleculares são usadas para secar solventes. As "peneiras" provaram ser superiores às técnicas de secagem tradicionais, que frequentemente empregam dessecantes agressivos.
Sob o termo zeólitas, as peneiras moleculares são utilizadas em uma ampla gama de aplicações catalíticas. Elas catalisam isomerização, alquilação e epoxidação, e são usadas em processos industriais de grande escala, incluindo hidrocraqueamento e craqueamento catalítico fluido.
Eles também são usados ​​na filtragem do ar fornecido para equipamentos de respiração, como os utilizados por mergulhadores e bombeiros. Nesses casos, o ar é fornecido por um compressor 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 cilindros de ar respirável. Essa filtragem pode remover partículas e gases de escape do compressor do ar respirável.
Aprovado pela FDA.
A partir de 1º de abril de 2012, a FDA (Administração de Alimentos e Medicamentos dos EUA) aprovou o aluminossilicato de sódio para contato direto com itens consumíveis, conforme o regulamento 21 CFR 182.2727. Antes dessa aprovação, a União Europeia já utilizava peneiras moleculares em produtos farmacêuticos, e testes independentes indicavam que elas atendiam a todos os requisitos governamentais. No entanto, a indústria não estava disposta a financiar os dispendiosos testes necessários para a aprovação governamental.
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 usadas na desidratação do 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, o gel de sílica pode ser regenerado aquecendo-o em um forno convencional a 120 °C (250 °F) por duas horas. No entanto, alguns tipos de gel de sílica podem "estourar" quando expostos a uma quantidade suficiente de água. Isso ocorre devido à quebra das esferas de sílica ao entrarem em contato com a água.

Modelo	Diâmetro do poro (Ångström)	Densidade aparente (g/ml)	Água adsorvida (% em peso)	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 isolante (IG)e poliuretano, secagem decombustível de etanolpara mistura 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 (antiaglomerante); Preferencial para desidratação estática em sistemas fechados de líquidos ou gases, por exemplo, em embalagens de medicamentos, componentes elétricos e produtos químicos perecíveis; absorção 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 apolares;[12]separação degás naturalealcenos, adsorção de água em materiais não sensíveis ao nitrogêniopoliuretano
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Desengorduramento e redução do ponto de fluidez deaviação queroseneediesele separação de alcenos
5Å pequeno enriquecido em oxigênio	5	0,4–0,8	≥23		Projetado especialmente para geradores de oxigênio medicinais ou para pessoas com problemas de saúde.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 na 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 de oxigênio em concentradores de oxigênio
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Adoçante(remoção detióis) decombustível de aviaçãoe correspondenteshidrocarbonetos 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 3 Å não adsorvem moléculas com diâmetro superior a 3 Å. As características dessas peneiras moleculares incluem alta velocidade de adsorção, capacidade de regeneração frequente, boa resistência à compressão eresistência à poluiçãoEssas características podem melhorar tanto a eficiência quanto a vida útil da peneira. Peneiras moleculares de 3 Å são dessecantes essenciais nas indústrias de petróleo e química para refino de petróleo, polimerização e secagem em profundidade de gases e líquidos em processos químicos.

As peneiras moleculares de 3Å são usadas para secar uma variedade de materiais, tais como:etanol, ar,refrigerantes,gás naturalehidrocarbonetos insaturadosEste último inclui o craqueamento de gás,acetileno,etileno,propilenoebutadieno.

A peneira molecular de 3Å é utilizada para remover a água do etanol, que pode ser posteriormente usado diretamente como biocombustível ou indiretamente para produzir diversos produtos, como químicos, alimentos, farmacêuticos e outros. Como a destilação normal não consegue remover toda a água (um subproduto indesejável da produção de etanol) dos fluxos do processo de etanol devido à formação de uma camada de 3Å, a peneira molecular de 3Å é uma alternativa viável.azeótropoCom uma concentração de aproximadamente 95,6% em peso, as 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 de peneira molecular.[15]

As peneiras moleculares de 3Å são armazenadas à temperatura ambiente, com umidade relativa não superior a 90%. São seladas sob pressão reduzida e mantidas longe de água, ácidos e álcalis.

4Å

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

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

Produção

A produção de peneiras de 4Å é relativamente simples, pois não requer altas pressões nem temperaturas particularmente elevadas. Normalmente, são utilizadas 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.troca catiônicadesódioparapotássio(para 3A) oucálcio(para 5A)

Uso

Solventes de secagem

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

 

Aditivos para agentes poliésteres[editar]

Essas peneiras moleculares são usadas como auxiliares em detergentes, pois podem produzir água desmineralizada através decálcioTroca iônica, remove e previne o acúmulo de sujeira. São amplamente utilizados para substituirfósforoA peneira molecular de 4Å desempenha um papel importante na substituição do tripolifosfato de sódio como auxiliar de detergentes, visando mitigar o impacto ambiental destes. Ela também pode ser utilizada como...sabãoagente formador e empasta de dente.

Tratamento de resíduos perigosos

As peneiras moleculares de 4Å podem purificar o esgoto de espécies catiônicas, tais como:amônioíons, Pb2+, Cu2+, Zn2+ e Cd2+. Devido à alta seletividade para NH4+, eles têm sido aplicados com sucesso no campo para combatereutrofizaçãoe outros efeitos em cursos d'água devido ao excesso de íons amônio. Peneiras moleculares de 4Å também têm sido usadas para remover íons de metais pesados ​​presentes na água devido a atividades industriais.

Outros fins

Oindústria metalúrgicaAgente separador, separação, extração de potássio em salmoura.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-ångströmPeneiras moleculares (5Å) são frequentemente utilizadas empetróleoindústria, especialmente para a purificação de fluxos gasosos e em laboratórios de química para separação.compostose para a secagem de materiais iniciais de reação. Contêm poros minúsculos de tamanho preciso e uniforme, sendo utilizados principalmente como adsorventes para gases e líquidos.

Peneiras moleculares de cinco ångström são usadas para secar.gás natural, além de se apresentardessulfurizaçãoedescarbonataçãodo gás. Eles também podem ser usados ​​para separar misturas de oxigênio, nitrogênio e hidrogênio, e hidrocarbonetos n-parafinados de hidrocarbonetos ramificados e policíclicos.

As peneiras moleculares de cinco ångström são armazenadas à temperatura ambiente, com umumidade relativaMenos de 90% em barris de papelão ou embalagens de cartão. As peneiras moleculares não devem ser expostas diretamente ao ar e à água, e o contato com ácidos e álcalis deve ser evitado.

Morfologia das peneiras moleculares

As peneiras moleculares estão disponíveis em diversos formatos e tamanhos. No entanto, as esferas apresentam vantagens sobre outros formatos, pois oferecem menor perda de pressão, são resistentes à abrasão por não possuírem arestas vivas e têm boa resistência mecânica, ou seja, a força de compressão necessária por unidade de área é maior. Certas peneiras moleculares em forma de esferas oferecem menor capacidade térmica, reduzindo assim as necessidades energéticas durante a regeneração.

Outra vantagem do uso de peneiras moleculares em grânulos é que sua densidade aparente geralmente é maior do que a de outros formatos, o que significa que, para a mesma necessidade de adsorção, o volume de peneira molecular necessário é menor. Assim, ao otimizar o processo, pode-se usar peneiras moleculares em grânulos, carregar mais adsorvente no mesmo volume e evitar quaisquer modificações no recipiente.