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. El diámetro de estos poros es similar al de las moléculas pequeñas, por lo que las moléculas grandes no pueden entrar ni adsorberse, mientras que las más pequeñas sí. A medida que una mezcla de moléculas migra a través del lecho estacionario de sustancia semisólida porosa, denominado tamiz (o matriz), los componentes de mayor peso molecular (que no pueden pasar a través de los poros moleculares) abandonan primero el lecho, seguidos sucesivamente por las moléculas 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 son el carbón activado y el gel de sílice).
El diámetro de poro de un tamiz molecular se mide en angstroms (Å) o nanómetros (nm). Según la notación de la IUPAC, los materiales microporosos tienen diámetros de poro inferiores a 2 nm (20 Å) y los materiales macroporosos tienen diámetros de poro superiores a 50 nm (500 Å); la categoría mesoporosa se sitúa, por lo tanto, en un punto intermedio, con diámetros de poro entre 2 y 50 nm (20–500 Å).
Materiales
Los tamices moleculares pueden ser materiales microporosos, mesoporosos o macroporosos.
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 superiores
●Carbón activado: 0–20 Å (0–2 nm) y superior
●Arcillas
●Mezclas de montmorillonita
●Haloisita (endelita): Se encuentran dos formas comunes: cuando está hidratada, la arcilla presenta un espaciado entre capas de 1 nm, y cuando está deshidratada (meta-haloisita), el espaciado es de 0,7 nm. La haloisita se presenta naturalmente como pequeños cilindros con un diámetro promedio de 30 nm y longitudes 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 con frecuencia en la industria petrolera, especialmente para el secado de corrientes de gas. Por ejemplo, en la industria del gas natural licuado (GNL), es necesario reducir el contenido de agua del gas a menos de 1 ppmv para evitar obstrucciones causadas por hielo o clatratos de metano.
En el laboratorio, se utilizan tamices moleculares para secar disolventes. Los 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 en 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 fluidizado.
También se utilizan en la filtración del aire de los equipos de respiración, como los que usan los buceadores y los bomberos. En estas aplicaciones, el aire es suministrado por un compresor y pasa a través de un filtro de cartucho que, según la aplicación, está relleno de tamiz molecular y/o carbón activado, para finalmente utilizarse para llenar los tanques de aire respirable. Esta filtración permite eliminar partículas y gases de escape del compresor del aire respirable.
Aprobación de la FDA.
La FDA de EE. UU. aprobó el aluminosilicato de sodio para el contacto directo con artículos de consumo, según lo estipulado en 21 CFR 182.2727, a partir del 1 de abril de 2012. Antes de esta aprobación, la Unión Europea había utilizado tamices moleculares con productos farmacéuticos, y las pruebas independientes sugirieron 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 gubernamental.
Regeneración
Los métodos para la regeneración de tamices moleculares incluyen cambios de presión (como en concentradores de oxígeno), calentamiento y purga con un gas portador (como en la deshidratación de etanol) o calentamiento al 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 se puede regenerar calentándolo en un horno convencional a 120 °C (250 °F) durante dos horas. Sin embargo, algunos tipos de gel de sílice se rompen al entrar en contacto con suficiente agua. Esto se debe a la rotura de las esferas de sílice al entrar en contacto con el agua.

Modelo	Diámetro del poro (Angstrom)	Densidad aparente (g/ml)	Agua adsorbida (% 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 envases médicos para mantener el contenido seco y comoaditivo alimentarioteniendoNúmero EE-554 (agente antiaglomerante); Preferido para la deshidratación estática en sistemas cerrados de líquidos o gases, por ejemplo, en el envasado 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 desecante universal en medios polares y no polares;[12]separación degas naturalyalquenos, adsorción de agua en 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 generadores de oxígeno médicos o para uso sanitario.Se necesita citar]
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 de 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 mayores de 3 Å. Las características de estos tamices moleculares incluyen una rápida velocidad de adsorción, una frecuente capacidad de regeneración, una buena resistencia a la trituración yresistencia a la contaminaciónEstas 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 petrolera y química para el refinado de petróleo, la polimerización y el secado en profundidad de gases y líquidos en procesos químicos.

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

El tamiz molecular de 3 Å 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 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 unazeótropoCon una concentración aproximada del 95,6 % 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 para liberar el agua de las perlas de tamiz molecular.[15]

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

4Å

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

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

Producción

La producción de tamiz de 4Å es relativamente sencilla, ya que no requiere ni altas presiones ni temperaturas particularmente elevadas. Típicamente, se utilizan soluciones acuosas desilicato de sodioyaluminato de sodiose combinan a 80 °C. El producto impregnado con solvente 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 emplean con frecuencia en el secado, refinamiento y purificación de líquidos y gases (como en la preparación de argón).

 

Aditivos de agente 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 juega un papel importante para reemplazar el tripolifosfato de sodio como auxiliar de detergente con el fin de mitigar el impacto ambiental del detergente. También se puede utilizar comojabónagente formador y enpasta dentífrica.

Tratamiento de residuos nocivos

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

Otros fines

Elindustria metalúrgica: agente separador, separación, extracción de potasio de salmuera,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-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 realizardesulfuraciónydescarbonizacióndel gas. También se pueden utilizar para separar mezclas de oxígeno, nitrógeno e hidrógeno, y n-hidrocarburos de petróleo y cera de hidrocarburos ramificados y policíclicos.

Los tamices moleculares de cinco ångström se almacenan a temperatura ambiente, con unahumedad relativaMenos del 90% en envases de cartón o cajas de cartón. Los tamices moleculares no deben exponerse directamente al aire y al agua; se deben evitar los ácidos y las bases.

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, ya que ofrecen una menor caída de presión, son resistentes a la abrasión al no tener bordes afilados y poseen una buena resistencia mecánica (es decir, requieren una mayor fuerza de compresión por unidad de área). Algunos tamices moleculares en forma de perlas ofrecen una menor capacidad calorífica, lo que reduce los requerimientos energéticos durante la regeneración.

Otra ventaja de usar tamices moleculares en forma de perlas es que su densidad aparente suele ser mayor que la de otras formas, por lo que se requiere un menor volumen de tamiz molecular para la misma adsorción. De esta manera, al optimizar el proceso, se pueden usar tamices moleculares en forma de perlas, cargar más adsorbente en el mismo volumen y evitar modificaciones en el recipiente.