მოლეკულური საცერი არის მასალა, რომელსაც აქვს ერთგვაროვანი ზომის ფორები (ძალიან პატარა ხვრელები).

მოლეკულური საცერი არის მასალა ერთგვაროვანი ზომის ფორებით (ძალიან პატარა ხვრელებით). ეს ფორების დიამეტრები ზომით პატარა მოლეკულების მსგავსია და, შესაბამისად, დიდი მოლეკულები ვერ შედიან ან ვერ ადსორბირდებიან, მაშინ როცა პატარა მოლეკულებს შეუძლიათ. როდესაც მოლეკულების ნარევი გადაადგილდება ფოროვანი, ნახევრად მყარი ნივთიერების სტაციონარულ ფენაში, რომელსაც საცერი (ან მატრიცა) ეწოდება, ფენას პირველები ტოვებენ ყველაზე მაღალი მოლეკულური წონის კომპონენტები (რომლებიც ვერ შედიან მოლეკულურ ფორებში), შემდეგ კი თანმიმდევრულად უფრო პატარა მოლეკულები. ზოგიერთი მოლეკულური საცერი გამოიყენება ზომის გამორიცხვის ქრომატოგრაფიაში, გამოყოფის ტექნიკაში, რომელიც ახარისხებს მოლეკულებს მათი ზომის მიხედვით. სხვა მოლეკულური საცრები გამოიყენება როგორც დესიკანტები (ზოგიერთი მაგალითია გააქტიურებული ნახშირი და სილიციუმის გელი).
მოლეკულური საცრის ფორების დიამეტრი იზომება ანგსტრომებში (Å) ან ნანომეტრებში (ნმ). IUPAC-ის ნოტაციის მიხედვით, მიკროფოროვან მასალებს აქვთ ფორების დიამეტრი 2 ნმ-ზე (20 Å) ნაკლები, ხოლო მაკროფოროვან მასალებს - 50 ნმ-ზე (500 Å) მეტი; ამრიგად, მეზოფოროვანი კატეგორია შუაშია, ფორების დიამეტრით 2-დან 50 ნმ-მდე (20–500 Å).
მასალები
მოლეკულური საცრები შეიძლება იყოს მიკროფოროვანი, მეზოფოროვანი ან მაკროფოროვანი მასალისგან.
მიკროფოროვანი მასალა (
● ზეოლიტები (ალუმინოსილიკატური მინერალები, არ აგვერიოს ალუმინის სილიკატში)
● ზეოლიტის LTA: 3–4 Å
●ფოროვანი მინა: 10 Å (1 ნმ) და მეტი
● აქტიური ნახშირბადი: 0–20 Å (0–2 ნმ) და მეტი
● თიხები
●მონტმორილონიტის ნარევები
●ჰალოიზიტი (ენდელიტი): გვხვდება ორი გავრცელებული ფორმა, ჰიდრატაციისას თიხა ფენებს შორის 1 ნმ დაშორებითაა, ხოლო დეჰიდრატაციისას (მეტა-ჰალოიზიტი) 0.7 ნმ დაშორებით. ჰალოიზიტი ბუნებრივად გვხვდება პატარა ცილინდრების სახით, რომელთა დიამეტრი საშუალოდ 30 ნმ-ია, ხოლო სიგრძე 0.5-დან 10 მიკრომეტრამდე.
მეზოფოროვანი მასალა (2–50 ნმ)
სილიციუმის დიოქსიდი (გამოიყენება სილიციუმის გელის დასამზადებლად): 24 Å (2.4 ნმ)
მაკროფოროვანი მასალა (>50 ნმ)
მაკროფოროვანი სილიციუმი, 200–1000 Å (20–100 ნმ)
აპლიკაციები[რედაქტირება]
მოლეკულური საცრები ხშირად გამოიყენება ნავთობის ინდუსტრიაში, განსაკუთრებით გაზის ნაკადების გასაშრობად. მაგალითად, თხევადი ბუნებრივი აირის (LNG) ინდუსტრიაში, ყინულით ან მეთანის კლატრატით გამოწვეული ბლოკირების თავიდან ასაცილებლად, გაზის წყლის შემცველობა 1 ppmv-ზე ნაკლებამდე უნდა შემცირდეს.
ლაბორატორიაში გამხსნელის გასაშრობად მოლეკულური საცრები გამოიყენება. „საცრებმა“ დაამტკიცეს, რომ უპირატესობა აქვთ ტრადიციულ გაშრობის ტექნიკას, რომელიც ხშირად აგრესიულ გამშრობ საშუალებებს იყენებს.
ცეოლიტების ტერმინით, მოლეკულური საცრები გამოიყენება კატალიზური გამოყენების ფართო სპექტრისთვის. ისინი აკატალიზებენ იზომერიზაციას, ალკილირებას და ეპოქსიდაციას და გამოიყენება მასშტაბურ სამრეწველო პროცესებში, მათ შორის ჰიდროკრეკინგსა და სითხით კატალიზურ კრეკინგში.
ისინი ასევე გამოიყენება სასუნთქი აპარატების ჰაერის მარაგების ფილტრაციაში, მაგალითად, სკუბა მყვინთავებისა და მეხანძრეების მიერ გამოყენებული აპარატების. ასეთ შემთხვევებში, ჰაერი მიეწოდება ჰაერის კომპრესორს და გადის კარტრიჯის ფილტრში, რომელიც, გამოყენების მიხედვით, ივსება მოლეკულური საცერით და/ან გააქტიურებული ნახშირით და საბოლოოდ გამოიყენება სასუნთქი ჰაერის ავზების შესავსებად. ასეთ ფილტრაციას შეუძლია სასუნთქი ჰაერის მარაგიდან ნაწილაკებისა და კომპრესორის გამონაბოლქვი პროდუქტების ამოღება.
FDA-ს დამტკიცება.
2012 წლის 1 აპრილის მდგომარეობით, აშშ-ის სურსათისა და წამლის ადმინისტრაციამ (FDA) დაამტკიცა ნატრიუმის ალუმინოსილიკატი მოხმარებად ნივთებთან პირდაპირი კონტაქტისთვის 21 CFR 182.2727-ის შესაბამისად. ამ დამტკიცებამდე ევროკავშირი მოლეკულურ საცრებს იყენებდა ფარმაცევტულ პროდუქტებთან და დამოუკიდებელმა ტესტირებამ აჩვენა, რომ მოლეკულური საცრები აკმაყოფილებდა მთავრობის ყველა მოთხოვნას, თუმცა ინდუსტრია არ იყო მზად დაეფინანსებინა მთავრობის მიერ დამტკიცებისთვის საჭირო ძვირადღირებული ტესტირება.
რეგენერაცია
მოლეკულური საცრების რეგენერაციის მეთოდები მოიცავს წნევის შეცვლას (როგორც ჟანგბადის კონცენტრატორებში), გაცხელებას და გადამტანი აირით გაწმენდას (როგორც ეთანოლის დეჰიდრატაციის დროს გამოყენებისას) ან მაღალი ვაკუუმის ქვეშ გაცხელებას. რეგენერაციის ტემპერატურა მერყეობს 175 °C (350 °F)-დან 315 °C (600 °F)-მდე, მოლეკულური საცრის ტიპის მიხედვით. ამის საპირისპიროდ, სილიციუმის გელის რეგენერაცია შესაძლებელია ჩვეულებრივ ღუმელში 120 °C (250 °F) ტემპერატურაზე ორი საათის განმავლობაში გაცხელებით. თუმცა, სილიციუმის გელის ზოგიერთი ტიპი „გასკდება“ საკმარისი რაოდენობის წყლის ზემოქმედებისას. ეს გამოწვეულია სილიციუმის სფეროების წყალთან შეხებისას გატეხვით.

მოდელი	ფორების დიამეტრი (ანგსტრომი)	მოცულობითი სიმკვრივე (გ/მლ)	ადსორბირებული წყალი (% წ/წ)	ცვეთა ან აბრაზია, W(% w/w)	გამოყენება
3 Å	3	0.60–0.68	19–20	0.3–0.6	გამოშრობა-ისნავთობის კრეკინგიაირი და ალკენები, H2O-ს შერჩევითი ადსორბციაიზოლირებული მინა (IG)და პოლიურეთანი, გაშრობაეთანოლის საწვავიბენზინთან შესარევად.
4 Å	4	0.60–0.65	20–21	0.3–0.6	წყლის ადსორბციანატრიუმის ალუმინოსილიკატირომელიც FDA-ს მიერ არის დამტკიცებული (იხ.ქვემოთ) გამოიყენება როგორც მოლეკულური საცერი სამედიცინო კონტეინერებში, რათა შიგთავსი მშრალი იყოს დასაკვები დანამატიქონაელექტრონული ნომერიE-554 (შეწებების საწინააღმდეგო აგენტი); სასურველია სტატიკური დეჰიდრატაციისთვის დახურულ სითხეში ან აირში, მაგ., წამლების, ელექტრო კომპონენტების და მალფუჭებადი ქიმიკატების შეფუთვაში; წყლის შეწოვისთვის ბეჭდვისა და პლასტმასის სისტემებში და გაჯერებული ნახშირწყალბადების ნაკადების გასაშრობად. ადსორბირებული სახეობები მოიცავს SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 და C3H6. ზოგადად ითვლება უნივერსალურ საშრობ აგენტად პოლარულ და არაპოლარულ გარემოში;[12]გამოყოფაბუნებრივი აირიდაალკენები, წყლის ადსორბცია არა-აზოტისადმი მგრძნობიარე ადგილებშიპოლიურეთანი
5Å-DW	5	0.45–0.50	21–22	0.3–0.6	ცხიმის მოცილება და დაღვრის წერტილის დაქვეითებაავიაცია ნავთიდადიზელიდა ალკენების გამოყოფა
5 Å მცირე ჟანგბადით გამდიდრებული	5	0.4–0.8	≥23		სპეციალურად შექმნილია სამედიცინო ან ჯანსაღი ჟანგბადის გენერატორისთვის [ციტირება საჭიროა]
5 Å	5	0.60–0.65	20–21	0.3–0.5	ჰაერის გაშრობა და გაწმენდა;დეჰიდრატაციადაგოგირდის მოცილებაბუნებრივი აირისა დათხევადი ნავთობის აირი;ჟანგბადიდაწყალბადიწარმოებაწნევის რყევის ადსორბციაპროცესი
10X	8	0.50–0.60	23–24	0.3–0.6	მაღალეფექტური სორბცია, გამოიყენება გაზისა და სითხეების გამოშრობის, დეკარბურიზაციის, გოგირდის უსულფურიზაციისა და გამოყოფისთვის.არომატული ნახშირწყალბადი
13X	10	0.55–0.65	23–24	0.3–0.5	ნავთობისა და ბუნებრივი აირის გამოშრობა, გოგირდის მოცილება და გაწმენდა
13X-AS	10	0.55–0.65	23–24	0.3–0.5	დეკარბურიზაციადა გამოშრობა ჰაერის გამოყოფის ინდუსტრიაში, აზოტის გამოყოფა ჟანგბადისგან ჟანგბადის კონცენტრატორებში
Cu-13X	10	0.50–0.60	23–24	0.3–0.5	დამატკბობლები(მოხსნათიოლები) -ისსაავიაციო საწვავიდა შესაბამისითხევადი ნახშირწყალბადები

ადსორბციის შესაძლებლობები

3 Å

მიახლოებითი ქიმიური ფორმულა: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3 • 2 SiO2 • 9/2 H2O

სილიციუმ-ალუმინის თანაფარდობა: SiO2/Al2O3≈2

წარმოება

3A მოლეკულური საცრები მიიღება კათიონური გაცვლის მეთოდითკალიუმიამისთვისნატრიუმი4A მოლეკულურ საცრებში (იხილეთ ქვემოთ)

გამოყენება

3 Å მოლეკულური საცრები არ ადსორბირებენ მოლეკულებს, რომელთა დიამეტრი 3 Å-ზე მეტია. ამ მოლეკულური საცრების მახასიათებლებია სწრაფი ადსორბციის სიჩქარე, ხშირი რეგენერაციის უნარი, კარგი დაქუცმაცებისადმი წინააღმდეგობა დადაბინძურებისადმი წინააღმდეგობაამ მახასიათებლებს შეუძლიათ გააუმჯობესონ როგორც საცრის ეფექტურობა, ასევე მისი სიცოცხლის ხანგრძლივობა. 3 Å მოლეკულური საცრები აუცილებელი დესიკანტია ნავთობისა და ქიმიური მრეწველობისთვის ნავთობის გადამუშავების, პოლიმერიზაციისა და ქიმიური აირადი-სითხეების სიღრმისეული გაშრობისთვის.

3 Å მოლეკულური საცრები გამოიყენება სხვადასხვა მასალის გასაშრობად, როგორიცააეთანოლი, ჰაერი,მაცივრები,ბუნებრივი აირიდაუჯერი ნახშირწყალბადებიეს უკანასკნელი მოიცავს კრეკინგის გაზს,აცეტილენი,ეთილენი,პროპილენიდაბუტადიენი.

3 Å მოლეკულური საცერი გამოიყენება ეთანოლიდან წყლის მოსაშორებლად, რომლის გამოყენებაც შემდგომში შესაძლებელია პირდაპირ ბიოსაწვავად ან ირიბად სხვადასხვა პროდუქტის, მაგალითად, ქიმიკატების, საკვები პროდუქტების, ფარმაცევტული საშუალებების და სხვა პროდუქტების წარმოებისთვის. ვინაიდან ჩვეულებრივი დისტილაცია ვერ აშორებს მთელ წყალს (ეთანოლის წარმოების არასასურველ თანმდევ პროდუქტს) ეთანოლის პროცესის ნაკადებიდან, წარმოქმნის გამო...აზეოტროპიდაახლოებით 95.6 პროცენტი წონის კონცენტრაციით, მოლეკულური საცერის მძივები გამოიყენება ეთანოლისა და წყლის მოლეკულურ დონეზე გამოსაყოფად, წყლის მძივებში ადსორბციით და ეთანოლის თავისუფლად გავლის საშუძლებლობით. მას შემდეგ, რაც მძივები წყლით გაივსება, შესაძლებელია ტემპერატურის ან წნევის მანიპულირება, რაც წყლის მოლეკულური საცერის მძივებიდან გამოთავისუფლებას უზრუნველყოფს.[15]

3 Å მოლეკულური საცრები ინახება ოთახის ტემპერატურაზე, არაუმეტეს 90%-იანი ფარდობითი ტენიანობით. ისინი დალუქულია შემცირებული წნევის ქვეშ, წყლის, მჟავებისა და ტუტეებისგან მოშორებით.

4 Å

ქიმიური ფორმულა: Na2O•Al2O3•2SiO2•9/2H2O

სილიციუმ-ალუმინის თანაფარდობა: 1:1 (SiO2/Al2O3≈2)

წარმოება

4 Å საცრის წარმოება შედარებით მარტივია, რადგან ის არც მაღალ წნევას და არც განსაკუთრებით მაღალ ტემპერატურას არ საჭიროებს. როგორც წესი, წყალხსნარებინატრიუმის სილიკატიდანატრიუმის ალუმინატი80°C-ზე ერთიანდება. გამხსნელით გაჟღენთილი პროდუქტი „აქტივირდება“ 400°C-ზე „გამოცხობით“. 4A საცრები 3A და 5A საცრების წინამორბედს წარმოადგენს.კათიონური ცვლა-ისნატრიუმიამისთვისკალიუმი(3A-სთვის) ანკალციუმი(5A-სთვის)

გამოყენება

საშრობი გამხსნელები

4 Å მოლეკულური საცრები ფართოდ გამოიყენება ლაბორატორიული გამხსნელების გასაშრობად. მათ შეუძლიათ წყლის და სხვა მოლეკულების შთანთქმა, რომელთა კრიტიკული დიამეტრი 4 Å-ზე ნაკლებია, როგორიცაა NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 და C2H4. ისინი ფართოდ გამოიყენება სითხეებისა და აირების გაშრობის, რაფინირებისა და გაწმენდისთვის (მაგალითად, არგონის მომზადებისთვის).

 

პოლიესტერის აგენტის დანამატები [რედაქტირება]

ეს მოლეკულური საცრები გამოიყენება სარეცხი საშუალებების დასახმარებლად, რადგან მათ შეუძლიათ დემინერალიზებული წყლის წარმოება.კალციუმიიონური გაცვლა, ჭუჭყის მოშორება და დაგროვების თავიდან აცილება. ისინი ფართოდ გამოიყენება ჩასანაცვლებლადფოსფორი4 Å მოლეკულური საცერი მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ნატრიუმის ტრიპოლიფოსფატის ჩანაცვლებაში, როგორც სარეცხი საშუალების დამხმარე საშუალება, რათა შემცირდეს სარეცხი საშუალების გარემოზე ზემოქმედება. მისი გამოყენება ასევე შესაძლებელია როგორცსაპონიფორმირების აგენტი და შიგნითკბილის პასტა.

მავნე ნარჩენების დამუშავება

4 Å მოლეკულური საცრებით შესაძლებელია ჩამდინარე წყლების გაწმენდა კათიონური სახეობებისგან, როგორიცააამონიუმისიონები, Pb2+, Cu2+, Zn2+ და Cd2+. NH4+-ის მაღალი სელექციურობის გამო, ისინი წარმატებით გამოიყენება ველზე საბრძოლველადევტროფიკაციადა სხვა ზემოქმედება წყლის გზებზე ამონიუმის იონების ჭარბი რაოდენობით. 4 Å მოლეკულური საცრები ასევე გამოიყენება სამრეწველო საქმიანობის შედეგად წყალში არსებული მძიმე მეტალების იონების მოსაშორებლად.

სხვა მიზნები

ისმეტალურგიული ინდუსტრია: გამყოფი აგენტი, გამოყოფა, მარილწყალში კალიუმის ექსტრაქცია,რუბიდიუმი,ცეზიუმიდა ა.შ.

ნავთობქიმიური მრეწველობა,კატალიზატორი,დესიკანტი, ადსორბენტი

სოფლის მეურნეობა:ნიადაგის კონდიციონერი

მედიცინა: ვერცხლის ჩატვირთვაცეოლიტიანტიბაქტერიული აგენტი.

5 Å

ქიმიური ფორმულა: 0.7CaO•0.30Na2O•Al2O3•2.0SiO2•4.5H2O

სილიციუმ-ალუმინის თანაფარდობა: SiO2/Al2O3≈2

წარმოება

5A მოლეკულური საცრები მიიღება კათიონური გაცვლის მეთოდითკალციუმიამისთვისნატრიუმი4A მოლეკულურ საცრებში (იხილეთ ზემოთ)

გამოყენება

ხუთი-ანგსტრომი(5 Å) მოლეკულური საცრები ხშირად გამოიყენებანავთობპროდუქტებიმრეწველობაში, განსაკუთრებით გაზის ნაკადების გასაწმენდად და ქიმიურ ლაბორატორიაში გამოყოფისთვისნაერთებიდა გაშრობის რეაქციის საწყისი მასალები. ისინი შეიცავენ ზუსტი და ერთგვაროვანი ზომის პაწაწინა ფორებს და ძირითადად გამოიყენება აირებისა და სითხეების ადსორბენტად.

გასაშრობად გამოიყენება ხუთანგსტრომის მოლეკულური საცრები.ბუნებრივი აირი, შესრულებასთან ერთადგოგირდის მოცილებადადეკარბონაციაგაზის. მათი გამოყენება ასევე შესაძლებელია ჟანგბადის, აზოტისა და წყალბადის ნარევების, ასევე ნავთობ-ცვილის n-ნახშირწყალბადების განშტოებული და პოლიციკლური ნახშირწყალბადებისგან გამოსაყოფად.

ხუთანგსტრომის მოლეკულური საცრები ინახება ოთახის ტემპერატურაზე,ფარდობითი ტენიანობამუყაოს კასრებში ან მუყაოს შეფუთვაში 90%-ზე ნაკლები. მოლეკულური საცრები არ უნდა იყოს პირდაპირ ჰაერსა და წყალთან შეხებაში, თავი უნდა აარიდოთ მჟავებსა და ტუტეებს.

მოლეკულური საცრების მორფოლოგია

მოლეკულური საცრები სხვადასხვა ფორმისა და ზომისაა. თუმცა, სფერულ მძივებს სხვა ფორმებთან შედარებით უპირატესობა აქვთ, რადგან ისინი უზრუნველყოფენ წნევის დაბალ ვარდნას, ცვეთისადმი მდგრადია, რადგან არ აქვთ ბასრი კიდეები და კარგი სიმტკიცე აქვთ, ანუ ფართობის ერთეულზე საჭირო დამსხვრევის ძალა უფრო მაღალია. ზოგიერთი მძივებიანი მოლეკულური საცერი უზრუნველყოფს დაბალ თბოტევადობას, რაც ამცირებს ენერგიის მოთხოვნილებას რეგენერაციის დროს.

მძივებიანი მოლეკულური საცრების გამოყენების კიდევ ერთი უპირატესობა ის არის, რომ მათი მოცულობითი სიმკვრივე, როგორც წესი, უფრო მაღალია, ვიდრე სხვა ფორმის საცრების, შესაბამისად, იგივე ადსორბციული მოთხოვნილებისთვის მოლეკულური საცრის მოცულობა ნაკლებია. ამრიგად, შებოჭილობის შემცირებისას შეიძლება გამოყენებულ იქნას მძივებიანი მოლეკულური საცრები, იმავე მოცულობით მეტი ადსორბენტის ჩატვირთვა და ჭურჭლის ნებისმიერი მოდიფიკაციის თავიდან აცილება.