モレキュラーシーブは、均一なサイズの細孔（非常に小さな穴）を持つ材料です。これらの細孔直径は小さな分子と同様のサイズであるため、大きな分子は侵入または吸着できませんが、より小さな分子は侵入または吸着できます。分子の混合物がふるい（またはマトリックス）と呼ばれる多孔質の半固体物質の固定床を通って移動するとき、最も高い分子量の成分（分子細孔に入ることができない）が最初に床から離れます。続いて小さな分子が続きます。一部のモレキュラーシーブは、サイズに基づいて分子を選別する分離技術であるサイズ排除クロマトグラフィーで使用されます。他のモレキュラーシーブも乾燥剤として使用されます (例としては、活性炭やシリカゲルなど)。
モレキュラーシーブの細孔直径はオングストローム (Å) またはナノメートル (nm) で測定されます。 IUPAC 表記によれば、微多孔質材料の細孔直径は 2 nm (20 Å) 未満であり、マクロ多孔質材料の細孔直径は 50 nm (500 Å) を超えます。したがって、メソポーラスのカテゴリーは、細孔直径が 2 ～ 50 nm (20 ～ 500 Å) の中間に位置します。
材料
モレキュラーシーブは、ミクロ多孔質、メソ多孔質、またはマクロ多孔質の材料にすることができます。
微多孔質材料 (
●ゼオライト（アルミノケイ酸塩鉱物、ケイ酸アルミニウムと混同しないでください）
●ゼオライトLTA：3～4Å
●多孔質ガラス：10Å(1nm)以上
●活性炭：0～20Å（0～2nm）～
●粘土
●モンモリロナイトが混ざり合う
●ハロイサイト (エンデライト): 2 つの一般的な形態が見つかり、水和すると粘土は 1 nm の層間隔を示し、脱水すると (メタハロイサイト) 層の間隔は 0.7 nm になります。ハロイサイトは、自然には直径が平均 30 nm、長さが 0.5 ～ 10 マイクロメートルの小さな円柱として発生します。
メソポーラス材料 (2 ～ 50 nm)
二酸化ケイ素 (シリカゲルの製造に使用): 24 Å (2.4 nm)
マクロ多孔質材料 (>50 nm)
マクロ多孔質シリカ、200 ～ 1000 Å (20 ～ 100 nm)
アプリケーション[編集]
モレキュラーシーブは、石油産業、特にガス流の乾燥によく使用されます。たとえば、液体天然ガス (LNG) 産業では、氷やメタンクラスレートによる閉塞を防ぐために、ガスの水分含有量を 1 ppmv 未満に減らす必要があります。
研究室では、溶媒を乾燥させるためにモレキュラーシーブが使用されます。 「ふるい」は、強力な乾燥剤を使用することが多い従来の乾燥技術よりも優れていることが証明されています。
ゼオライトという用語の下で、モレキュラーシーブは幅広い触媒用途に使用されます。これらは異性化、アルキル化、エポキシ化を触媒し、水素化分解や流動接触分解などの大規模工業プロセスで使用されます。
また、スキューバ ダイバーや消防士が使用する呼吸器などの空気供給の濾過にも使用されます。このような用途では、空気はエアコンプレッサーによって供給され、用途に応じてモレキュラーシーブや活性炭が充填されたカートリッジフィルターを通過し、最終的に呼吸用空気タンクの充填に使用されます。このような濾過により微粒子を除去できます。そしてコンプレッサーは呼吸用空気供給源から生成物を排出します。
FDAの承認。
米国 FDA は、2012 年 4 月 1 日付けで、21 CFR 182.2727 に基づいて消耗品と直接接触するアルミノケイ酸ナトリウムを承認しました。この承認に先立って、欧州連合は医薬品にモレキュラーシーブを使用しており、独立した試験ではモレキュラーシーブがすべての政府要件を満たしていることが示唆されましたが、業界は政府の承認に必要な高額な検査に資金を提供することに消極的だった。
再生
モレキュラーシーブの再生方法には、圧力変化（酸素濃縮器の場合など）、加熱およびキャリアガスによるパージ（エタノール脱水で使用する場合など）、または高真空下での加熱などが含まれます。再生温度の範囲は、モレキュラーシーブの種類に応じて 175 °C (350 °F) ～ 315 °C (600 °F) です。対照的に、シリカゲルは通常のオーブンで 120 °C (250 °F) で 2 時間加熱することで再生できます。ただし、一部の種類のシリカゲルは、十分な水にさらされると「弾けて」しまいます。これは、水と接触した際のシリカ球の破壊によって引き起こされます。
| モデル | 細孔直径 (オングストローム) | かさ密度(g/ml) | 吸着水（%w/w) | 摩耗または磨耗、W(%w/w) | 使用法 |
| 3Å | 3 | 0.60～0.68 | 19–20 | 0.3～0.6 | 乾燥の石油分解ガスとアルケン、H2O の選択的吸着複層ガラス(IG)およびポリウレタンの乾燥エタノール燃料ガソリンとの混合用。 |
| 4Å | 4 | 0.60～0.65 | 20–21 | 0.3～0.6 | 水分の吸着アルミノケイ酸ナトリウムこれは FDA の承認を受けています (「下に) 内容物を乾燥に保つための医療容器のモレキュラーシーブとして使用されます。食品添加物持っているE番号E-554（固結防止剤）;医薬品、電気部品、生鮮化学物質の包装など、密閉された液体または気体システムでの静的脱水に適しています。印刷およびプラスチックシステムにおける水の除去および飽和炭化水素流の乾燥。吸着種には、SO2、CO2、H2S、C2H4、C2H6、および C3H6 が含まれます。一般に、極性および非極性媒体の万能乾燥剤と考えられています。[12]の分離天然ガスそしてアルケン、非窒素感受性における水の吸着ポリウレタン |
| 5Å-DW | 5 | 0.45～0.50 | 21–22 | 0.3～0.6 | |
| 5Åの小さな酸素富化 | 5 | 0.4～0.8 | ≥23 | 医療用または健康用酸素発生器用に特別に設計[要出典] | |
| 5Å | 5 | 0.60～0.65 | 20–21 | 0.3～0.5 | |
| 10倍 | 8 | 0.50～0.60 | 23–24 | 0.3～0.6 | 気体と液体の乾燥、脱炭、脱硫、および分離に使用される高効率の収着。芳香族炭化水素 |
| 13倍 | 10 | 0.55～0.65 | 23–24 | 0.3～0.5 | 石油ガス・天然ガスの乾燥・脱硫・精製 |
| 13X-AS | 10 | 0.55～0.65 | 23–24 | 0.3～0.5 | 脱炭空気分離産業における乾燥、酸素濃縮装置における酸素から窒素の分離 |
| Cu-13X | 10 | 0.50～0.60 | 23–24 | 0.3～0.5 |
吸着能力
3Å
おおよその化学式: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3 • 2 SiO2 • 9/2 H2O
シリカ・アルミナ比：SiO2/Al2O3≒2
生産
3A モレキュラーシーブは、陽イオン交換によって生成されます。カリウムのためにナトリウム4A モレキュラーシーブ中 (下記参照)
使用法
3 Å モレキュラー シーブは、直径が 3 Å より大きい分子を吸着しません。これらのモレキュラーシーブの特徴には、速い吸着速度、頻繁な再生能力、優れた耐破砕性、および耐汚染性。これらの機能により、ふるいの効率と寿命の両方を向上させることができます。 3Å モレキュラーシーブは、石油精製、重合、および化学気液深部乾燥のために石油および化学産業で必要な乾燥剤です。
3 Å モレキュラーシーブは、次のようなさまざまな材料の乾燥に使用されます。エタノール、 空気、冷媒、天然ガスそして不飽和炭化水素。後者には分解ガスが含まれます。アセチレン、エチレン、プロピレンそしてブタジエン.
3 Å モレキュラーシーブはエタノールから水を除去するために利用され、その後、バイオ燃料として直接使用したり、化学品、食品、医薬品などのさまざまな製品を製造するために間接的に使用したりできます。通常の蒸留では、エタノールプロセスストリームからすべての水 (エタノール製造の望ましくない副生成物) を除去することはできません。共沸混合物約95.6重量パーセントの濃度のモレキュラーシーブビーズは、水をビーズに吸着させ、エタノールを自由に通過させることにより、エタノールと水を分子レベルで分離するために使用されます。ビーズが水で満たされたら、温度または圧力を操作してモレキュラーシーブビーズから水を放出することができます。[15]
3Å モレキュラーシーブは、相対湿度 90% 以下の室温で保管されます。減圧下で密封されており、水、酸、アルカリを避けて保管されています。
4Å
化学式: Na2O・Al2O3・2SiO2・9/2H2O
シリコンとアルミニウムの比率: 1:1 (SiO2/Al2O3 ≒ 2)
生産
4Å のふるいの製造は、高圧や特別な高温を必要としないため、比較的簡単です。通常、次の水溶液ケイ酸ナトリウムそしてアルミン酸ナトリウム８０℃で混合する。溶剤を含浸させた製品は、400 °C で「ベーキング」することで「活性化」されます。 4A ふるいは、3A および 5A ふるいの前駆体として機能します。陽イオン交換のナトリウムのためにカリウム(3Aの場合)またはカルシウム(5A用)
使用法
溶剤の乾燥
4Å モレキュラーシーブは、実験室の溶媒を乾燥するために広く使用されています。これらは、水や、NH3、H2S、SO2、CO2、C2H5OH、C2H6、C2H4 などの 4 Å 未満の臨界直径を持つ他の分子を吸収できます。これらは、液体および気体の乾燥、精製、精製（アルゴンの調製など）に広く使用されています。
ポリエステル剤添加剤[編集]
これらのモレキュラーシーブは、脱塩水を生成できるため、洗剤を補助するために使用されます。カルシウムイオン交換により汚れを除去し、付着を防ぎます。代替品として広く使用されています。リン。 4Å モレキュラーシーブは、洗剤の環境への影響を軽減するために洗剤補助剤としてトリポリリン酸ナトリウムに代わる重要な役割を果たします。としても使用できます石鹸形成剤と歯磨き粉.
有害廃棄物の処理
4Å モレキュラーシーブは、次のようなカチオン種の下水を浄化できます。アンモニウムイオン、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+。 NH4+ に対する選択性が高いため、NH4+ と戦うための現場での適用に成功しています。富栄養化過剰なアンモニウムイオンによる水路への影響など。 4Å モレキュラーシーブは、工業活動により水中に存在する重金属イオンを除去するためにも使用されています。
その他の目的
の冶金産業: 分離剤、ブラインカリウムの分離、抽出、ルビジウム、セシウム、など。
農業：土壌改良剤
薬: ロードシルバーゼオライト抗菌剤。
5Å
化学式：0.7CaO・0.30Na2O・Al2O3・2.0SiO2・4.5H2O
シリカ・アルミナ比：SiO2/Al2O3≒2
生産
5A モレキュラーシーブは、陽イオン交換によって生成されます。カルシウムのためにナトリウム4A モレキュラーシーブ中 (上記参照)
使用法
五-オングストローム(5Å) モレキュラーシーブは、多くの場合、石油産業、特にガス流の精製および分離のための化学実験室化合物反応出発物質を乾燥する工程。正確で均一なサイズの小さな細孔があり、主に気体や液体の吸着剤として使用されます。
乾燥には5オングストロームのモレキュラーシーブが使用されます天然ガス、パフォーマンスとともに脱硫そして脱炭酸ガスの。また、酸素、窒素、水素の混合物、および油ワックスの n-炭化水素を分岐炭化水素や多環式炭化水素から分離するために使用することもできます。
5オングストロームモレキュラーシーブは、室温で保管されます。相対湿度ボール紙バレルまたはカートン包装では 90% 未満。モレキュラーシーブは空気、水、酸、アルカリに直接さらさないでください。
モレキュラーシーブの形態
モレキュラーシーブはさまざまな形状とサイズで入手できます。しかし、球形ビーズは他の形状よりも圧力損失が低く、鋭利なエッジがないため耐摩耗性があり、優れた強度を備えているため、単位面積あたりに必要な破砕力が高いという利点があります。特定のビーズモレキュラーシーブは熱容量が低いため、再生時のエネルギー要件が低くなります。
ビーズ状モレキュラーシーブを使用するもう 1 つの利点は、かさ密度が通常他の形状よりも高いため、同じ吸着要件に対して必要なモレキュラーシーブの体積が少なくて済むことです。したがって、ボトルネック解消を行う際には、ビーズ付きモレキュラーシーブを使用し、同じ体積でより多くの吸着剤を充填し、容器の変更を避けることができます。
投稿日時: 2023 年 7 月 18 日
