Un tamiz molecular es un material con poros (agujeros muy pequeños) de tamaño uniforme.

Un tamiz molecular es un material con poros (agujeros muy pequeños) de tamaño uniforme. Estos diámetros de poro son similares en tamaño a las moléculas pequeñas y, por lo tanto, las moléculas grandes no pueden entrar ni ser adsorbidas, mientras que las moléculas más pequeñas sí pueden. A medida que una mezcla de moléculas migra a través del lecho estacionario de una sustancia semisólida porosa denominada tamiz (o matriz), los componentes de mayor peso molecular (que no pueden pasar a los poros moleculares) abandonan primero el lecho. seguidas de moléculas sucesivamente más pequeñas. Algunos tamices moleculares se utilizan en cromatografía de exclusión por tamaño, una técnica de separación que clasifica las moléculas según su tamaño. Otros tamices moleculares se utilizan como desecantes (algunos ejemplos incluyen carbón activado y gel de sílice).
El diámetro de los poros de un tamiz molecular se mide en ångströms (Å) o nanómetros (nm). Según la notación IUPAC, los materiales microporosos tienen diámetros de poros inferiores a 2 nm (20 Å) y los materiales macroporosos tienen diámetros de poros superiores a 50 nm (500 Å); por tanto, la categoría mesoporosa se encuentra en el medio con diámetros de poro entre 2 y 50 nm (20–500 Å).
Materiales
Los tamices moleculares pueden ser de material microporoso, mesoporoso o macroporoso.
Material microporoso (
●Zeolitas (minerales de aluminosilicato, que no deben confundirse con el silicato de aluminio)
●Zeolita LTA: 3–4 Å
●Vidrio poroso: 10 Å (1 nm) y más
●Carbón activo: 0–20 Å (0–2 nm) y más
●Arcillas
●Montmorillonita entremezclada
●Halloysita (endelita): Se encuentran dos formas comunes, cuando la arcilla está hidratada presenta un espaciamiento de las capas de 1 nm y cuando está deshidratada (meta-halloysita) el espaciamiento es de 0,7 nm. La halloysita se presenta naturalmente en forma de pequeños cilindros con un diámetro promedio de 30 nm y longitudes de entre 0,5 y 10 micrómetros.
Material mesoporoso (2–50 nm)
Dióxido de silicio (usado para fabricar gel de sílice): 24 Å (2,4 nm)
Material macroporoso (>50 nm)
Sílice macroporosa, 200–1000 Å (20–100 nm)
Aplicaciones
Los tamices moleculares se utilizan a menudo en la industria petrolera, especialmente para secar corrientes de gas. Por ejemplo, en la industria del gas natural licuado (GNL), el contenido de agua del gas debe reducirse a menos de 1 ppmv para evitar bloqueos causados ​​por el hielo o el clatrato de metano.
En el laboratorio, se utilizan tamices moleculares para secar el disolvente. Los "tamices" han demostrado ser superiores a las técnicas de secado tradicionales, que a menudo emplean desecantes agresivos.
Bajo el término zeolitas, los tamices moleculares se utilizan para una amplia gama de aplicaciones catalíticas. Catalizan la isomerización, alquilación y epoxidación, y se utilizan en procesos industriales a gran escala, incluido el hidrocraqueo y el craqueo catalítico fluido.
También se utilizan en la filtración de suministros de aire para aparatos respiratorios, por ejemplo los utilizados por buceadores y bomberos. En tales aplicaciones, el aire es suministrado por un compresor de aire y pasa a través de un filtro de cartucho que, según la aplicación, se llena con un tamiz molecular y/o carbón activado, y finalmente se utiliza para cargar los tanques de aire respirable. Dicha filtración puede eliminar partículas y productos de escape del compresor del suministro de aire respirable.
Aprobación de la FDA.
La FDA de EE. UU. aprobó el 1 de abril de 2012 el aluminosilicato de sodio para el contacto directo con artículos consumibles según 21 CFR 182.2727. Antes de esta aprobación, la Unión Europea había utilizado tamices moleculares con productos farmacéuticos y pruebas independientes sugerían que los tamices moleculares cumplían con todos los requisitos gubernamentales, pero la industria no había estado dispuesta a financiar las costosas pruebas necesarias para la aprobación del gobierno.
Regeneración
Los métodos para la regeneración de tamices moleculares incluyen el cambio de presión (como en los concentradores de oxígeno), el calentamiento y la purga con un gas portador (como cuando se usa en la deshidratación de etanol) o el calentamiento a alto vacío. Las temperaturas de regeneración oscilan entre 175 °C (350 °F) y 315 °C (600 °F), según el tipo de tamiz molecular. Por el contrario, el gel de sílice se puede regenerar calentándolo en un horno normal a 120 °C (250 °F) durante dos horas. Sin embargo, algunos tipos de gel de sílice "explotan" cuando se exponen a suficiente agua. Esto se produce por la rotura de las esferas de sílice al entrar en contacto con el agua.

Modelo	Diámetro de poro (Angstrom)	Densidad aparente (g/ml)	Agua absorbida (% p/p)	Desgaste o abrasión, W(% p/p)	Uso
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Desecacióndecraqueo de petróleogas y alquenos, adsorción selectiva de H2O envidrio aislante (IG)y poliuretano, secado decombustible de etanolpara mezclar con gasolina.
4Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Adsorción de agua enaluminosilicato de sodioque está aprobado por la FDA (verabajo) utilizado como tamiz molecular en contenedores médicos para mantener el contenido seco y comoaditivo alimentarioteniendonúmero electrónicoE-554 (antiaglomerante); Preferido para deshidratación estática en sistemas cerrados de líquido o gas, por ejemplo, en envases de medicamentos, componentes eléctricos y productos químicos perecederos; eliminación de agua en sistemas de impresión y plásticos y secado de corrientes de hidrocarburos saturados. Las especies adsorbidas incluyen SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 y C3H6. Generalmente considerado un agente secante universal en medios polares y no polares;[12]separación degas naturalyalquenos, adsorción de agua en sistemas no sensibles al nitrógeno.poliuretano
5Å-DW	5	0,45–0,50	21-22	0,3–0,6	Desengrase y reducción del punto de fluidez deaviación querosenoydiesel, y separación de alquenos
5Å pequeño enriquecido con oxígeno	5	0,4–0,8	≥23		Especialmente diseñado para generadores de oxígeno médicos o saludables.cita necesaria]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Desecación y purificación del aire;deshidraciónydesulfuraciónde gas natural ygas licuado de petróleo;oxígenoyhidrógenoproducción poradsorción por cambio de presiónproceso
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Sorción de alta eficiencia, utilizada en desecación, descarburación, desulfuración de gases y líquidos y separación dehidrocarburo aromático
13X	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Desecación, desulfuración y purificación de gas de petróleo y gas natural.
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Descarburacióny desecación en la industria de separación de aire, separación de nitrógeno del oxígeno en concentradores de oxígeno
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Edulcoración(eliminación detioles) decombustible de aviacióny correspondientehidrocarburos líquidos

Capacidades de adsorción

3Å

Fórmula química aproximada: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3• 2 SiO2 • 9/2 H2O

Relación sílice-alúmina: SiO2/ Al2O3≈2

Producción

Los tamices moleculares 3A se producen mediante intercambio catiónico depotasioparasodioen tamices moleculares 4A (ver más abajo)

Uso

Los tamices moleculares de 3 Å no adsorben moléculas cuyos diámetros sean superiores a 3 Å. Las características de estos tamices moleculares incluyen una rápida velocidad de adsorción, capacidad de regeneración frecuente, buena resistencia al aplastamiento yresistencia a la contaminación. Estas características pueden mejorar tanto la eficiencia como la vida útil del tamiz. Los tamices moleculares de 3 Å son el desecante necesario en las industrias química y petrolera para refinar petróleo, polimerizar y secar en profundidad gas-líquido químico.

Los tamices moleculares de 3 Å se utilizan para secar una variedad de materiales, comoetanol, aire,refrigerantes,gas naturalyhidrocarburos insaturados. Estos últimos incluyen gas de craqueo,acetileno,etileno,propilenoybutadieno.

El tamiz molecular de 3 Å se utiliza para eliminar el agua del etanol, que luego puede usarse directamente como biocombustible o indirectamente para producir diversos productos como productos químicos, alimentos, productos farmacéuticos y más. Dado que la destilación normal no puede eliminar toda el agua (un subproducto indeseable de la producción de etanol) de las corrientes del proceso de etanol debido a la formación de unazeótropoA una concentración de alrededor del 95,6 por ciento en peso, las perlas de tamiz molecular se utilizan para separar el etanol y el agua a nivel molecular adsorbiendo el agua en las perlas y permitiendo que el etanol pase libremente. Una vez que las perlas están llenas de agua, se puede manipular la temperatura o la presión, permitiendo que el agua se libere de las perlas del tamiz molecular.[15]

Los tamices moleculares de 3Å se almacenan a temperatura ambiente, con una humedad relativa no superior al 90%. Están sellados a presión reducida, manteniéndose alejados del agua, ácidos y álcalis.

4Å

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

Relación silicio-aluminio: 1:1 (SiO2/ Al2O3≈2)

Producción

La producción de un tamiz de 4 Å es relativamente sencilla ya que no requiere altas presiones ni temperaturas particularmente altas. Normalmente soluciones acuosas desilicato de sodioyaluminato de sodiose combinan a 80 °C. El producto impregnado de disolvente se "activa" mediante "horneado" a 400 °C. Los tamices 4A sirven como precursores de los tamices 3A y 5A a través deintercambio catiónicodesodioparapotasio(para 3A) ocalcio(para 5A)

Uso

Disolventes de secado

Los tamices moleculares de 4 Å se utilizan ampliamente para secar disolventes de laboratorio. Pueden absorber agua y otras moléculas con un diámetro crítico inferior a 4 Å, como NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 y C2H4. Se utilizan ampliamente en el secado, refinado y purificación de líquidos y gases (como la preparación de argón).

 

Aditivos de agentes de poliéster[editar]

Estos tamices moleculares se utilizan para ayudar a los detergentes, ya que pueden producir agua desmineralizada a través decalcioIntercambio iónico, elimina y previene la deposición de suciedad. Son muy utilizados para sustituirfósforo. El tamiz molecular de 4 Å juega un papel importante al reemplazar el tripolifosfato de sodio como auxiliar del detergente para mitigar el impacto ambiental del detergente. También se puede utilizar comojabónagente formador y enpasta dentífrica.

Tratamiento de residuos nocivos

Los tamices moleculares de 4 Å pueden purificar aguas residuales de especies catiónicas comoamonioiones, Pb2+, Cu2+, Zn2+ y Cd2+. Debido a la alta selectividad por NH4+, se han aplicado con éxito en el campo para combatireutrofizacióny otros efectos en las vías fluviales debido al exceso de iones de amonio. También se han utilizado tamices moleculares de 4 Å para eliminar iones de metales pesados ​​presentes en el agua debido a actividades industriales.

Otros fines

Elindustria metalúrgica: agente separador, separación, extracción de salmuera potásica,rubidio,cesio, etc.

industria petroquímica,catalizador,desecante, adsorbente

Agricultura:acondicionador de suelo

Medicina: cargar platazeolitaagente antibacteriano.

5Å

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

Relación sílice-alúmina: SiO2/ Al2O3≈2

Producción

Los tamices moleculares 5A se producen mediante intercambio catiónico decalcioparasodioen tamices moleculares 4A (ver arriba)

Uso

Cinco-angstrom(5Å) los tamices moleculares se utilizan a menudo en elpetróleoindustria, especialmente para la purificación de corrientes de gas y en el laboratorio de química para separarcompuestosy secado de materiales de partida de reacción. Contienen poros diminutos de tamaño preciso y uniforme y se utilizan principalmente como adsorbentes de gases y líquidos.

Para secar se utilizan tamices moleculares de cinco ångström.gas natural, además de realizardesulfuraciónydescarbonatacióndel gas. También se pueden utilizar para separar mezclas de oxígeno, nitrógeno e hidrógeno, y n-hidrocarburos de cera de aceite de hidrocarburos policíclicos y ramificados.

Los tamices moleculares de cinco ångström se almacenan a temperatura ambiente, con unahumedad relativamenos del 90% en barriles de cartón o envases de cartón. Los tamices moleculares no deben exponerse directamente al aire y al agua, se deben evitar ácidos y álcalis.

Morfología de los tamices moleculares.

Los tamices moleculares están disponibles en diversas formas y tamaños. Pero las perlas esféricas tienen ventajas sobre otras formas ya que ofrecen una menor caída de presión, son resistentes al desgaste ya que no tienen bordes afilados y tienen buena resistencia, es decir, la fuerza de aplastamiento requerida por unidad de área es mayor. Ciertos tamices moleculares de cuentas ofrecen una menor capacidad calorífica y, por lo tanto, menores requisitos de energía durante la regeneración.

La otra ventaja de utilizar tamices moleculares de cuentas es que la densidad aparente suele ser mayor que la de otras formas, por lo que, para el mismo requisito de adsorción, el volumen requerido de tamiz molecular es menor. Por lo tanto, al eliminar los cuellos de botella, se pueden utilizar tamices moleculares de cuentas, cargar más adsorbente en el mismo volumen y evitar modificaciones en el recipiente.