分子ふるいは、均一な大きさの細孔（非常に小さな穴）を持つ物質です。これらの細孔の直径は小さな分子と同程度であるため、大きな分子は入り込めず、吸着もされませんが、小さな分子は入り込めます。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層を通過すると、最も分子量の高い成分（分子の細孔を通過できない）が最初に層から抜け出し、続いて小さな分子が順に抜け出します。一部の分子ふるいは、分子をサイズに基づいて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に使用されます。その他の分子ふるいは、乾燥剤として使用されます（活性炭やシリカゲルなど）。
分子ふるいの細孔径は、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の表記法によると、ミクロ多孔性材料の細孔径は2nm（20Å）未満、マクロ多孔性材料の細孔径は50nm（500Å）以上です。したがって、メソ多孔性材料はそれらの中間に位置し、細孔径は2～50nm（20～500Å）です。
材料
分子ふるいは、微多孔性、中多孔性、またはマクロ多孔性の材料です。
微多孔性材料（
●ゼオライト（アルミノケイ酸塩鉱物。アルミニウムケイ酸塩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）、以上
●粘土
●モンモリロナイト混合物
●ハロイサイト（エンデライト）：2つの一般的な形態が存在します。水和状態の粘土は層間隔が1nmで、脱水状態（メタハロイサイト）では層間隔は0.7nmです。ハロイサイトは天然には直径平均30nm、長さ0.5～10マイクロメートルの小さな円筒形として存在します。
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）：24Å（2.4nm）
マクロ多孔質材料（>50 nm）
マクロポーラスシリカ、200～1000Å（20～100nm）
アプリケーション[編集]
分子ふるいは石油産業、特にガス流の乾燥によく利用されています。例えば、液化天然ガス（LNG）産業では、氷やメタン包接化合物による閉塞を防ぐため、ガス中の水分含有量を1ppmv未満にまで低減する必要があります。
実験室では、溶媒の乾燥に分子ふるいが用いられます。「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。
ゼオライトと呼ばれる分子ふるいは、幅広い触媒用途に用いられています。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な工業プロセスに用いられています。
また、スキューバダイバーや消防士が使用する呼吸器用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から供給され、用途に応じて分子ふるい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に充填されます。このような濾過により、呼吸用空気供給から微粒子やコンプレッサー排気物質を除去することができます。
FDA承認。
米国 FDA は、2012 年 4 月 1 日付けで、21 CFR 182.2727 に基づき、消耗品と直接接触する用途でアルミノケイ酸ナトリウムを承認しました。この承認に先立ち、欧州連合は医薬品に分子ふるいを使用しており、独立したテストでは分子ふるいがすべての政府要件を満たしていることが示唆されていましたが、業界は政府承認に必要な高額なテストに資金を提供することを望まなかったのです。
再生
分子ふるいの再生方法には、圧力変化（酸素濃縮器など）、加熱とキャリアガスによるパージ（エタノール脱水で使用される場合など）、高真空下での加熱などがあります。再生温度は、分子ふるいの種類に応じて175℃（350°F）から315℃（600°F）の範囲です。一方、シリカゲルは、通常のオーブンで120℃（250°F）で2時間加熱することで再生できます。ただし、シリカゲルの種類によっては、十分な量の水にさらされると「はじける」現象が発生します。これは、シリカゲルの球体が水と接触することで破損する現象です。
| モデル | 細孔径（オングストローム) | 嵩密度（g/ml） | 吸着水（% w/w) | 摩耗または擦過傷、W（重量％） | 使用法 |
| 3Å | 3 | 0.60～0.68 | 19～20 | 0.3～0.6 | 乾燥の石油分解ガスおよびアルケン、H2Oの選択吸着断熱ガラス（IG）ポリウレタンの乾燥エタノール燃料ガソリンと混合するため。 |
| 4Å | 4 | 0.60～0.65 | 20～21 | 0.3～0.6 | 水の吸着アルミノケイ酸ナトリウムFDA承認済み（下に）は、医療容器の内容物を乾燥状態に保つための分子ふるいとして使用され、食品添加物持つE番号E-554（固結防止剤）。密閉系液体またはガスシステムにおける静的脱水に適しています。例えば、医薬品、電気部品、腐敗しやすい化学薬品の包装、印刷・プラスチックシステムにおける水分除去、飽和炭化水素ストリームの乾燥などです。吸着種にはSO2、CO2、H2S、C2H4、C2H6、C3H6などがあります。一般的に、極性媒体および非極性媒体における汎用的な乾燥剤と考えられています。[12]分離天然ガスそしてアルケン窒素に敏感でない水の吸着ポリウレタン |
| 5Å-DW | 5 | 0.45～0.50 | 21～22 | 0.3～0.6 | |
| 5Åの小さな酸素濃縮 | 5 | 0.4～0.8 | ≥23 | 医療用または健康用の酸素発生器用に特別に設計されています[引用が必要] | |
| 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 | 高効率吸着、ガスおよび液体の乾燥、脱炭、脱硫、および分離に使用される。芳香族炭化水素 |
| 13倍 | 10 | 0.55～0.65 | 23～24 | 0.3～0.5 | 石油ガスおよび天然ガスの乾燥、脱硫および精製 |
| 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、酸素濃縮器における酸素からの窒素の分離 |
| 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分子ふるいは、陽イオン交換によって製造される。カリウムのためにナトリウム4A分子ふるい（下記参照）
使用法
3Å分子ふるいは、直径が3Åを超える分子を吸着しません。これらの分子ふるいの特徴は、吸着速度が速く、再生能力が高く、耐圧破砕性に優れていることです。汚染耐性これらの機能により、ふるいの効率と寿命の両方が向上します。3Å分子ふるいは、石油精製、重合、化学ガス-液体深層乾燥などの石油・化学産業で必須の乾燥剤です。
3Å分子ふるいは、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クラッキングガス、アセチレン、エチレン、プロピレンそしてブタジエン.
3Å分子ふるいはエタノールから水分を除去するために利用されます。エタノールはその後、バイオ燃料として直接利用したり、化学薬品、食品、医薬品など様々な製品の製造に間接的に利用したりできます。通常の蒸留では、エタノール製造プロセスストリームから水（エタノール生産の望ましくない副産物）を完全に除去することはできません。共沸混合物重量比で約95.6%の濃度で、分子ふるいビーズは、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で、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後、温度または圧力を調整することで、分子ふるいビーズから水を放出することができます。[15]
3Å分子ふるいは、室温で相対湿度90%以下の状態で保管されます。減圧密封され、水、酸、アルカリから保護されています。
4Å
化学式：Na2O・Al2O3・2SiO2・9/2H2O
シリコン-アルミニウム比：1：1（SiO2/Al2O3≈2）
生産
4Åふるいの製造は、高圧や高温を必要としないため、比較的簡単です。通常、ケイ酸ナトリウムそしてアルミン酸ナトリウム80℃で混合されます。溶剤を含浸させた製品は400℃で「焼成」することで「活性化」されます。4Aふるいは3Aおよび5Aふるいの前身として機能します。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の場合）
使用法
乾燥溶剤
4Å分子ふるいは、実験室の溶媒の乾燥に広く使用されています。水や、NH3、H2S、SO2、CO2、C2H5OH、C2H6、C2H4など、臨界直径が4Å未満の分子を吸収します。液体や気体の乾燥、精製、精製（アルゴンの製造など）に広く使用されています。
ポリエステル剤添加剤[編集]
これらの分子ふるいは、脱塩水を生成することができるため、洗剤の補助として使用されます。カルシウムイオン交換は汚れを除去し、付着を防ぎます。リン4Å分子ふるいは、洗剤の環境負荷を軽減するために、トリポリリン酸ナトリウムの代替として洗剤助剤として重要な役割を果たします。また、石鹸成形剤と歯磨き粉.
有害廃棄物の処理
4Å分子ふるいは、下水から陽イオン種などを浄化することができる。アンモニウムNH4+に対する高い選択性により、これらのイオンは現場で効果的に利用され、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+などの有害物質の除去に役立っています。富栄養化アンモニウム イオンの過剰により水路にさまざまな影響が生じます。4Å 分子ふるいは、産業活動に伴って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きました。
その他の目的
その冶金産業：分離剤、分離、塩水カリウムの抽出、ルビジウム、セシウムなど
農業：土壌改良剤
薬：銀を充填するゼオライト抗菌剤。
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分子ふるいは、陽イオン交換によって製造される。カルシウムのためにナトリウム4A分子ふるい（上記参照）
使用法
五-オングストローム（5Å）分子ふるいは、石油産業、特にガス流の精製や化学実験室での分離に使用されます。化合物反応原料の吸着・乾燥に使用されます。均一で精密なサイズの微細孔を有し、主に気体や液体の吸着剤として使用されます。
5オングストロームの分子ふるいは乾燥に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分離にも使用できます。また、酸素、窒素、水素の混合物や、油ワックス状のn-炭化水素を分岐鎖炭化水素や多環式炭化水素から分離するのにも使用できます。
5オングストロームの分子ふるいは室温で保存され、相対湿度段ボール箱またはカートン包装の場合、90%未満です。分子ふるいは空気や水に直接さらさないでください。酸やアルカリは避けてください。
分子ふるいの形態
分子ふるいには様々な形状とサイズがあります。球状ビーズは、圧力損失が低く、鋭利な角がないため摩耗に強く、強度も高いため単位面積あたりの圧縮力が高く、他の形状に比べて優れています。ビーズ状の分子ふるいの中には、熱容量が低いものもあり、再生時のエネルギー消費量を低減できます。
ビーズ状分子篩を使用するもう一つの利点は、通常、他の形状の分子篩よりも嵩密度が高いため、同じ吸着量であれば必要な分子篩の容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、ビーズ状分子篩を使用することで、同じ容積でより多くの吸着剤を充填でき、容器の改造を必要とせずに済みます。
投稿日時: 2023年7月18日
