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

Un tamiz molecular es un material con poros (orificios muy pequeños) de tamaño uniforme. Estos poros tienen un diámetro similar al de las moléculas pequeñas, por lo que las moléculas grandes no pueden entrar ni ser adsorbidas, mientras que las moléculas más pequeñas sí. A medida que una mezcla de moléculas migra a través del lecho estacionario de una sustancia porosa y semisólida, denominada tamiz (o matriz), los componentes de mayor peso molecular (que no pueden pasar a los poros moleculares) abandonan el lecho primero, seguidos por moléculas sucesivamente más pequeñas. Algunos tamices moleculares se utilizan en la cromatografía de exclusión por tamaño, una técnica de separación que clasifica las moléculas según su tamaño. Otros tamices moleculares se utilizan como desecantes (como el carbón activado y el gel de sílice).
El diámetro de poro de un tamiz molecular se mide en ångströms (Å) o nanómetros (nm). Según la notación IUPAC, los materiales microporosos tienen diámetros de poro inferiores a 2 nm (20 Å) y los macroporosos, superiores a 50 nm (500 Å); por lo tanto, la categoría mesoporosa se sitúa en el punto intermedio, 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 presentan dos formas comunes: cuando la arcilla está hidratada, presenta una separación de capas de 1 nm, y cuando está deshidratada (meta-halloysita), la separación es de 0,7 nm. La halloysita se presenta de forma natural en 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 (utilizado para fabricar gel de sílice): 24 Å (2,4 nm)
Material macroporoso (>50 nm)
Sílice macroporosa, 200–1000 Å (20–100 nm)
Aplicaciones[editar]
Los tamices moleculares se utilizan frecuentemente en la industria petrolera, especialmente para el secado de 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 obstrucciones causadas por hielo o clatrato de metano.
En el laboratorio, se utilizan tamices moleculares para secar disolventes. Estos tamices han demostrado ser superiores a las técnicas de secado tradicionales, que suelen emplear desecantes agresivos.
Bajo el término zeolitas, los tamices moleculares se utilizan para una amplia gama de aplicaciones catalíticas. Catalizan la isomerización, la alquilación y la epoxidación, y se emplean en procesos industriales a gran escala, como el hidrocraqueo y el craqueo catalítico fluido.
También se utilizan en la filtración de suministros de aire para equipos de respiración, como los utilizados por buceadores y bomberos. En estas aplicaciones, el aire se suministra mediante un compresor y pasa a través de un filtro de cartucho que, según la aplicación, se llena con tamiz molecular o carbón activado, para finalmente utilizarse para cargar tanques de aire respirable. Esta filtración puede eliminar partículas y productos de escape del compresor del suministro de aire respirable.
Aprobación de la FDA.
La FDA de los 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 requeridas para la aprobación gubernamental.
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 en la deshidratación de etanol) o el calentamiento al alto vacío. Las temperaturas de regeneración oscilan entre 175 °C (350 °F) y 315 °C (600 °F), según el tipo de tamiz molecular. En cambio, el gel de sílice puede regenerarse calentándolo en un horno convencional a 120 °C (250 °F) durante dos horas. Sin embargo, algunos tipos de gel de sílice pueden reventar al exponerse a suficiente agua. Esto se debe a la rotura de las esferas de sílice al entrar en contacto con el agua.

Modelo	Diámetro de poro (Angstrom)	Densidad aparente (g/ml)	Agua adsorbida (% p/p)	Atrición 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) se utiliza como tamiz molecular en contenedores médicos para mantener el contenido seco y comoaditivo alimentarioteniendoNúmero EE-554 (antiaglomerante); ideal para la deshidratación estática en sistemas cerrados de líquidos o gases, por ejemplo, en el envasado de fármacos, componentes eléctricos y productos químicos perecederos; la depuración de agua en sistemas de impresión y plásticos, y el secado de corrientes de hidrocarburos saturados. Las especies adsorbidas incluyen SO₂, CO₂, H₂S, C₂H₃, C₂H₃ y C₃H₃. Generalmente se considera un agente de secado universal en medios polares y apolares.[12]separación degas naturalyalquenos, adsorción de agua en ambientes no sensibles al nitrógenopoliuretano
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Desengrasado y depresión del punto de fluidez deaviación querosenoydiesely separación de alquenos
5Å pequeño enriquecido con oxígeno	5	0,4–0,8	≥23		Especialmente diseñado para generador de oxígeno médico o saludable.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 oscilación 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 de cationespotasioparasodioen tamices moleculares 4A (ver más abajo)

Uso

Los tamices moleculares de 3 Å no adsorben moléculas con diámetros superiores a 3 Å. Entre sus características se incluyen una alta velocidad de adsorción, una capacidad de regeneración frecuente, una buena resistencia al aplastamiento y...resistencia a la contaminaciónEstas características pueden mejorar tanto la eficiencia como la vida útil del tamiz. Los tamices moleculares de 3Å son el desecante necesario en las industrias petrolera y química para la refinación de petróleo, la polimerización y el secado en profundidad de gases y líquidos químicos.

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

El tamiz molecular de 3Å se utiliza para eliminar el agua del etanol, que posteriormente puede utilizarse directamente como biocombustible o indirectamente para producir diversos productos, como productos químicos, alimentos, productos farmacéuticos, etc. Dado que la destilación normal no puede eliminar toda el agua (un subproducto indeseable de la producción de etanol) de las corrientes de proceso debido a la formación de...azeótropoCon una concentración de aproximadamente el 95,6 % en peso, las perlas de tamiz molecular se utilizan para separar el etanol del agua a nivel molecular, adsorbiendo el agua en las perlas y permitiendo que el etanol circule libremente. Una vez que las perlas están llenas de agua, se puede manipular la temperatura o la presión, lo que permite liberar el agua de las perlas de tamiz molecular.[15]

Los tamices moleculares de 3Å se almacenan a temperatura ambiente, con una humedad relativa no superior al 90 %. Se sellan a presión reducida y se mantienen 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 tamices de 4Å es relativamente sencilla, ya que no requiere altas presiones ni temperaturas particularmente altas. Normalmente, las soluciones acuosas desilicato de sodioyaluminato de sodioSe combinan a 80 °C. El producto impregnado con disolvente se "activa" mediante "horneado" a 400 °C. Los tamices 4A sirven como precursores de los tamices 3A y 5A.intercambio de cationesdesodioparapotasio(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, C₂H₃OH, C₂H₃ y C₂H₃. Se emplean ampliamente en el secado, refinación y purificación de líquidos y gases (como en la preparación de argón).

 

Aditivos para agentes de poliéster[editar]

Estos tamices moleculares se utilizan para ayudar a los detergentes, ya que pueden producir agua desmineralizada a través decalcioIntercambio iónico, eliminan y previenen la acumulación de suciedad. Se utilizan ampliamente para reemplazarfósforoEl tamiz molecular de 4Å desempeña un papel fundamental al sustituir el tripolifosfato de sodio como auxiliar de detergentes para mitigar su impacto ambiental. También puede utilizarse como...jabónagente formador y enpasta dentífrica.

Tratamiento de residuos nocivos

Los tamices moleculares de 4Å pueden purificar las aguas residuales de especies catiónicas comoamonioiones Pb2+, Cu2+, Zn2+ y Cd2+. Debido a su alta selectividad por el 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 4Å para eliminar iones de metales pesados ​​presentes en el agua debido a actividades industriales.

Otros fines

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

Industria petroquímica,catalizador,desecante, adsorbente

Agricultura:acondicionador de suelo

Medicina: carga de 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 de cationescalcioparasodioen tamices moleculares 4A (ver arriba)

Uso

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

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

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

Morfología de los tamices moleculares

Los tamices moleculares están disponibles en diversas formas y tamaños. Sin embargo, las perlas esféricas presentan ventajas sobre otras formas: ofrecen una menor caída de presión, son resistentes al desgaste al no tener bordes afilados y poseen buena resistencia, es decir, la fuerza de aplastamiento requerida por unidad de área es mayor. Algunos tamices moleculares de perlas ofrecen menor capacidad térmica, por lo que requieren menos energía durante la regeneración.

Otra ventaja de usar tamices moleculares de microesferas es que su densidad aparente suele ser mayor que la de otros tipos de tamices, por lo que, para un mismo requisito de adsorción, el volumen de tamiz molecular requerido es menor. Por lo tanto, al eliminar cuellos de botella, se pueden usar tamices moleculares de microesferas, cargar más adsorbente en el mismo volumen y evitar modificaciones del recipiente.