分子ふるいは、均一なサイズの細孔（非常に小さな穴）を持つ材料です。これらの細孔の直径は小さな分子とほぼ同じ大きさであるため、大きな分子は入り込んだり吸着されたりせず、小さな分子は入り込むことができます。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過する際、分子量が最も大きい成分（分子細孔を通過できない成分）が最初に床から出ていき、続いて分子量の小さい分子が順に出てきます。分子ふるいの中には、分子をサイズに基づいて分離する技術であるサイズ排除クロマトグラフィーで使用されるものがあります。また、活性炭やシリカゲルなどの乾燥剤として使用される分子ふるいもあります。
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の表記法によれば、ミクロ多孔質材料は細孔径が2 nm（20 Å）未満、マクロ多孔質材料は細孔径が50 nm（500 Å）以上であり、メソ多孔質材料はその中間に位置し、細孔径は2～50 nm（20～500 Å）です。
材料
分子ふるいは、微細孔、中孔、または巨視孔を有する材料である。
微多孔性材料（
●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は異なる）
●ゼオライトLTA：3～4Å
●多孔質ガラス：10 Å（1 nm）以上
●活性炭：0～20 Å（0～2 nm）以上
●粘土
●モンモリロナイトの混交物
●ハロイサイト（エンデライト）：一般的な形態は2種類あり、水和した粘土では層間隔が1 nm、脱水した状態（メタハロイサイト）では層間隔が0.7 nmとなります。ハロイサイトは自然界では直径平均30 nm、長さ0.5～10マイクロメートルの小さな円筒状粒子として産出します。
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、200～1000Å（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ます。例えば、液化天然ガス（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る。「ふるい」は、強力な乾燥剤を用い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る。
ゼオライトという名称で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、エポキシ化などの反応を触媒し、水素化分解や流動接触分解といった大規模な工業プロセスにも利用されています。
これらは、例えばスキューバダイバーや消防士が使用する呼吸器の空気供給のろ過にも使用されます。このような用途では、空気は空気圧縮機によって供給され、カートリッジフィルターを通過します。用途に応じて、カートリッジフィルターには分子ふるいや活性炭が充填され、最終的に呼吸用空気タンクに充填されます。このようなろ過により、呼吸用空気供給から微粒子や圧縮機の排気生成物を除去することができます。
FDAの承認。
米国食品医薬品局（FDA）は、2012年4月1日現在、21 CFR 182.2727に基づき、アルミノケイ酸ナトリウムを食品に直接接触させることを承認している。この承認以前には、欧州連合（EU）が医薬品に分子ふるいを使用しており、独立した試験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たが、業界は政府承認に必要な高額な試験費用を負担することをためらっていた。
再生
分子ふるいの再生方法には、圧力変化（酸素濃縮器の場合など）、加熱してキャリアガスでパージする方法（エタノール脱水に使用する場合など）、または高真空下で加熱する方法があります。再生温度は、分子ふるいの種類によって175℃（350°F）から315℃（600°F）まで変化します。一方、シリカゲルは、通常のオーブンで120℃（250°F）に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、十分な量の水に触れると「破裂」することがあります。これは、シリカ球が水と接触した際に破損するためです。
| モデル | 細孔径（オングストローム) | かさ密度（g/ml） | 吸着水（% w/w) | 摩耗または擦り傷、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とアルケン、H2Oの選択的吸着複層ガラス（IG）ポリウレタン、乾燥エタノール燃料ガソリンと混合するためのもの。 |
| 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（参照）下に医療用容器の中身を乾燥状態に保つための分子ふるいとして使用され、食品添加物持っているE番号E-554（固結防止剤）；密閉された液体または気体システムでの静的脱水、例えば医薬品、電子部品、腐敗しやすい化学薬品の包装、印刷およびプラスチックシステムでの水分除去、飽和炭化水素流の乾燥に好ましい。吸着種にはSO2、CO2、H2S、C2H4、C2H6、C3H6が含まれる。一般的に極性および非極性媒体における万能乾燥剤と考えられている。[12]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の小さな酸素濃縮 | 5 | 0.4～0.8 | 23歳以上 | 医療用または健康用の酸素発生器として特別に設計されています。出典が必要] | |
| 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、ガスや液体の乾燥、脱炭、脱硫、分離に使用芳香族炭化水素 |
| 13X | 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、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窒素と酸素の分離 |
| 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、カチ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型分子ふるいにおいて（下記参照）
使用法
3Å分子ふるいは、直径が3Åより大きい分子を吸着しません。これらの分子ふるいの特徴には、高速吸着速度、頻繁な再生能力、優れた耐圧性、汚染耐性これらの特性により、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分子ふるいは、石油精製、重合、化学気液深層乾燥など、石油・化学産業において不可欠な乾燥剤です。
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、ガス分解、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を除去するために使用され、エタノールはその後、バイオ燃料として直接使用することも、化学薬品、食品、医薬品などさまざまな製品の製造に間接的に使用することもできます。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すべての水（エタノール製造の望ましくない副産物）を除去することはできません。共沸混合物分子ふるいビーズは、重量比で約95.6％の濃度で、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。ビーズに水を吸着させ、エタノールは自由に通過させます。ビーズが水で満たされたら、温度や圧力を操作することで、分子ふるいビーズから水を放出させることができます。[15]
3Åモレキュラーシーブは、室温、相対湿度90%以下の環境で保管します。減圧密封し、水、酸、アルカリから遠ざけて保管してください。
4Å
化学式：Na2O・Al2O3・2SiO2・9/2H2O
ケイ素-アルミニウム比：1:1（SiO2/Al2O3≈2）
生産
4Åふるいの製造は、高圧や特に高温を必要としないため、比較的簡単です。通常、水溶液はケイ酸ナトリウムそしてアルミン酸ナトリウム80℃で混合される。溶媒含浸生成物は400℃で「焼成」することにより「活性化」される。4Aふるいは、3Aおよび5Aふるいの前駆体として機能する。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、実験室用溶媒の乾燥に広く用いられています。水や、NH3、H2S、SO2、CO2、C2H5OH、C2H6、C2H4など、臨界直径が4Å未満の他の分子を吸着することができます。液体や気体の乾燥、精製、浄化（アルゴンの製造など）に広く利用されています。
ポリエステル添加剤[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により、汚れの除去と付着防止を行います。これらは広く代替品として使用されています。リン4Å分子ふるいは、洗剤の環境への影響を軽減するために、洗剤助剤としてトリポリリン酸ナトリウムの代替として重要な役割を果たします。また、石鹸形成剤および歯磨き粉.
有害廃棄物処理
4Å分子ふるいは、下水からカチオン種を浄化することができる。アンモニウムPb2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+イオン。NH4+に対する高い選択性により、現場での対策に成功裏に適用されている。富栄養化また、過剰なアンモニウムイオンによる水路へのその他の影響も報告されている。4Åの分子ふるいは、工業活動によ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いる。
その他の目的
の冶金産業: 分離剤、塩水カリウムの分離、抽出、ルビジウム、セシウムなど
農業：土壌改良剤
薬：銀を積むゼオライト抗菌剤。
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、カチ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型分子ふるいにおいて（上記参照）
使用法
五-オングストローム(5Å)分子ふるいは、石油産業界、特にガス流の精製、および化学実験室での分離に用いられる。化合物そして、乾燥反応の出発原料としても使用されます。これらは、精密かつ均一なサイズの微細な孔を有しており、主に気体や液体の吸着剤として用いられます。
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に加えて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、分岐鎖炭化水素や多環芳香族炭化水素から油ワックスn-炭化水素を分離するためにも使用できます。
5オングストロームの分子ふるいは室温で保管され、相対湿度90%未満の濃度で段ボール樽またはカートン包装に保管してください。分子ふるいは空気や水に直接触れさせないでください。酸やアルカリとの接触は避けてください。
分子ふるいの形態
分子ふるいは様々な形状とサイズで入手可能です。しかし、球状ビーズは他の形状に比べて、圧力損失が少なく、鋭利なエッジがないため摩耗に強く、強度も高く（単位面積あたりの圧縮力が高い）、優れているという利点があります。また、特定のビーズ状分子ふるいは熱容量が低いため、再生時のエネルギー消費量も少なくて済みます。
ビーズ状分子ふるいを使用するもう一つの利点は、通常、他の形状のもの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ふるい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、ビーズ状分子ふるいを使用することで、同じ体積により多くの吸着剤を充填でき、容器の改造を避けることができます。
投稿日時：2023年7月18日
