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 a 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, denominado peneira (ou matriz), os componentes de maior peso molecular (que não conseguem passar pelos poros moleculares) deixam o leito primeiro, seguidos por moléculas sucessivamente menores. Algumas peneiras moleculares são usadas em cromatografia de exclusão por tamanho, uma técnica de separação que classifica 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, materiais microporosos têm diâmetros de poros inferiores a 2 nm (20 Å) e materiais macroporosos têm diâmetros de poros superiores a 50 nm (500 Å); a categoria mesoporosa, portanto, situa-se no meio, com diâmetros de poros entre 2 e 50 nm (20–500 Å).
Materiais
Peneiras moleculares podem ser materiais microporosos, mesoporosos ou macroporosos.
Material microporoso (
●Zeólitas (minerais de aluminossilicato, não confundir com silicato de alumínio)
●Zeolita LTA: 3–4 Å
●Vidro poroso: 10 Å (1 nm) e superior
●Carvão ativo: 0–20 Å (0–2 nm) e acima
●Argilas
●Misturas de montmorilonita
●Haloisita (endelita): Duas formas comuns são encontradas: quando hidratada, a argila apresenta um espaçamento de 1 nm entre as camadas, 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]
Peneiras moleculares são frequentemente utilizadas na indústria petrolífera, especialmente para a secagem de fluxos de gás. 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. Essas "peneiras" têm se mostrado superiores às técnicas tradicionais de secagem, que frequentemente utilizam 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 utilizadas em processos industriais de larga escala, incluindo hidrocraqueamento e craqueamento catalítico fluido.
Eles também são utilizados na filtragem de suprimentos de ar para aparelhos de respiração, como os utilizados 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. Essa filtragem pode remover partículas e produtos de exaustão do compressor do suprimento de ar respirável.
Aprovação da FDA.
A FDA dos EUA aprovou, em 1º de abril de 2012, o aluminossilicato de sódio para contato direto com itens consumíveis, de acordo com 21 CFR 182.2727. Antes dessa aprovação, a União Europeia usava peneiras moleculares com produtos farmacêuticos e testes independentes sugeriram que as peneiras moleculares atendiam a todos os requisitos governamentais, mas a indústria não estava disposta a financiar os caros testes necessários para a aprovação governamental.
Regeneração
Os métodos de 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 em um forno comum a 120 °C (250 °F) por duas horas. No entanto, alguns tipos de sílica gel "estouram" quando expostos a uma quantidade suficiente de água. Isso é causado pela quebra das esferas de sílica ao entrarem em contato com a água.

Modelo	Diâmetro do poro (Ångström)	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 isolante (IG)e poliuretano, secagem decombustível 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; remoção de água em sistemas de impressão e plásticos e secagem de fluxos de hidrocarbonetos saturados. As espécies adsorvidas incluem SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 e C3H6. Geralmente considerado um agente de secagem universal em meios polares e apolares.[12]separação degás naturalealcenos, adsorção de água em ambientes não sensíveis ao nitrogêniopoliuretano
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Desengorduramento e depressão do ponto de fluidezaviação queroseneediesel, e 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;desidrataçãoedessulfuraçãode 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, dessulfuração 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

Razão sílica-alumina: SiO2/ Al2O3≈2

Produção

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

Uso

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

As 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 de 3Å é utilizada para remover a água do etanol, que pode posteriormente ser usado diretamente como biocombustível ou indiretamente para produzir diversos produtos, como produtos químicos, alimentos, medicamentos e muito mais. Como a destilação normal não consegue remover toda a água (um subproduto indesejável da produção de etanol) das correntes de processo de etanol devido à formação de umazeótropoCom uma concentração de cerca de 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 3Å são armazenadas em temperatura ambiente, com umidade relativa não superior a 90%. Elas são seladas sob pressão reduzida, longe de água, ácidos e álcalis.

4Å

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

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

Produção

A produção da peneira de 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 atravéstroca catiônicadesódioparapotássio(para 3A) oucálcio(para 5A)

Uso

Solventes de secagem

Peneiras moleculares de 4Å 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 de agentes de poliéster[editar]

Essas peneiras moleculares são utilizadas para auxiliar os detergentes, pois podem produzir água desmineralizada por meiocálciotroca iônica, removem e previnem a deposição de sujeira. São amplamente utilizados para substituirfósforoA peneira molecular de 4Å desempenha um papel importante na substituição do tripolifosfato de sódio como auxiliar de detergente, a fim de mitigar o impacto ambiental do detergente. Também pode ser usada comosabãoagente formador e empasta de dente.

Tratamento de resíduos nocivos

As 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 usadas 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

Medicina: carregar pratazeólitoagente antibacteriano.

5Å

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

Razão sílica-alumina: SiO2/ Al2O3≈2

Produção

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

Uso

Cinco-ångströmPeneiras moleculares (5Å) são frequentemente utilizadas empetróleoindústria, especialmente para a purificação de fluxos de gás e no laboratório de química para separaçãocompostose materiais de partida para reações de secagem. Contêm poros minúsculos de tamanho preciso e uniforme e são usados ​​principalmente como adsorventes para gases e líquidos.

Peneiras moleculares de cinco ångström são usadas para secargás natural, juntamente com a execuçãodessulfuraçãoedescarbonataçãodo gás. Eles também podem ser usados ​​para separar misturas de oxigênio, nitrogênio e hidrogênio, e n-hidrocarbonetos de parafina de óleo de hidrocarbonetos ramificados e policíclicos.

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

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 queda de pressão, são resistentes ao atrito por não possuírem bordas afiadas e apresentam boa resistência, ou seja, a força de esmagamento necessária por unidade de área é maior. Certas peneiras moleculares com esferas oferecem menor capacidade térmica, portanto, menor necessidade de energia durante a regeneração.

Outra vantagem do uso de peneiras moleculares frisadas é que a densidade aparente é geralmente maior do que em outros formatos, portanto, para a mesma exigência de adsorção, o volume de peneira molecular necessário é menor. Assim, ao eliminar gargalos, pode-se usar peneiras moleculares frisadas, adicionar mais adsorvente no mesmo volume e evitar qualquer modificação no recipiente.