Saringan molekuler adalah material dengan pori-pori (lubang sangat kecil) dengan ukuran seragam

Saringan molekuler adalah material dengan pori-pori (lubang sangat kecil) berukuran seragam. Diameter pori-pori ini serupa dengan molekul kecil, sehingga molekul besar tidak dapat masuk atau diserap, sementara molekul yang lebih kecil dapat. Ketika campuran molekul bermigrasi melalui lapisan stasioner zat semipadat berpori yang disebut saringan (atau matriks), komponen dengan berat molekul tertinggi (yang tidak dapat masuk ke dalam pori-pori molekuler) meninggalkan lapisan terlebih dahulu, diikuti oleh molekul yang lebih kecil secara berurutan. Beberapa saringan molekuler digunakan dalam kromatografi eksklusi ukuran, suatu teknik pemisahan yang memilah molekul berdasarkan ukurannya. Saringan molekuler lainnya digunakan sebagai pengering (beberapa contohnya termasuk arang aktif dan gel silika).
Diameter pori saringan molekuler diukur dalam ångström (Å) atau nanometer (nm). Menurut notasi IUPAC, material mikropori memiliki diameter pori kurang dari 2 nm (20 Å) dan material makropori memiliki diameter pori lebih dari 50 nm (500 Å); dengan demikian, kategori mesopori berada di tengah dengan diameter pori antara 2 dan 50 nm (20–500 Å).
Bahan
Saringan molekular dapat berupa material mikropori, mesopori, atau makropori.
Bahan mikropori (
●Zeolit ​​(mineral aluminosilikat, jangan disamakan dengan aluminium silikat)
●Zeolit ​​LTA: 3–4 Å
●Kaca berpori: 10 Å (1 nm), dan seterusnya
●Karbon aktif: 0–20 Å (0–2 nm), dan seterusnya
●Tanah liat
●Campuran montmorillonit
●Halloysit (endellit): Terdapat dua bentuk umum: ketika terhidrasi, lempung menunjukkan jarak antar lapisan 1 nm, dan ketika terdehidrasi (meta-halloysit), jarak antar lapisannya adalah 0,7 nm. Halloysit secara alami terbentuk sebagai silinder-silinder kecil dengan diameter rata-rata 30 nm dan panjang antara 0,5 dan 10 mikrometer.
Bahan mesopori (2–50 nm)
Silikon dioksida (digunakan untuk membuat gel silika): 24 Å (2,4 nm)
Bahan berpori makro (>50 nm)
Silika makropori, 200–1000 Å (20–100 nm)
Aplikasi[sunting]
Saringan molekuler sering digunakan dalam industri perminyakan, terutama untuk mengeringkan aliran gas. Misalnya, dalam industri gas alam cair (LNG), kadar air gas perlu dikurangi hingga kurang dari 1 ppmv untuk mencegah penyumbatan yang disebabkan oleh es atau metana klatrat.
Di laboratorium, saringan molekuler digunakan untuk mengeringkan pelarut. "Saringan" telah terbukti lebih unggul daripada teknik pengeringan tradisional, yang seringkali menggunakan bahan pengering agresif.
Di bawah istilah zeolit, saringan molekuler digunakan untuk berbagai aplikasi katalitik. Saringan molekuler mengkatalisis isomerisasi, alkilasi, dan epoksidasi, serta digunakan dalam proses industri skala besar, termasuk perengkahan hidro dan perengkahan katalitik fluida.
Mereka juga digunakan dalam penyaringan pasokan udara untuk alat bantu pernapasan, misalnya yang digunakan oleh penyelam skuba dan petugas pemadam kebakaran. Dalam aplikasi semacam itu, udara disuplai oleh kompresor udara dan dialirkan melalui filter kartrid yang, tergantung pada aplikasinya, diisi dengan saringan molekuler dan/atau karbon aktif, dan akhirnya digunakan untuk mengisi tangki udara pernapasan. Penyaringan semacam itu dapat menghilangkan partikulat dan produk buangan kompresor dari pasokan udara pernapasan.
Persetujuan FDA.
Per 1 April 2012, FDA AS telah menyetujui natrium aluminosilikat untuk kontak langsung dengan barang habis pakai berdasarkan 21 CFR 182.2727. Sebelum persetujuan ini, Uni Eropa telah menggunakan saringan molekuler dengan obat-obatan dan pengujian independen menunjukkan bahwa saringan molekuler memenuhi semua persyaratan pemerintah, tetapi industri tidak bersedia mendanai pengujian mahal yang diperlukan untuk persetujuan pemerintah.
Regenerasi
Metode regenerasi saringan molekuler meliputi perubahan tekanan (seperti pada konsentrator oksigen), pemanasan dan pemurnian dengan gas pembawa (seperti yang digunakan dalam dehidrasi etanol), atau pemanasan dalam vakum tinggi. Suhu regenerasi berkisar antara 175 °C (350 °F) hingga 315 °C (600 °F) tergantung pada jenis saringan molekuler. Sebaliknya, gel silika dapat diregenerasi dengan memanaskannya dalam oven biasa hingga 120 °C (250 °F) selama dua jam. Namun, beberapa jenis gel silika akan "meletup" ketika terkena air yang cukup. Hal ini disebabkan oleh pecahnya bola-bola silika saat bersentuhan dengan air.

Model	Diameter pori (Angström)	Kepadatan massal (g/ml)	Air yang diserap (% b/b)	Pengikisan atau abrasi, W(% b/b)	Penggunaan
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Pengeringandariperengkahan minyak bumigas dan alkena, adsorpsi selektif H2O dikaca berinsulasi (IG)dan poliuretan, pengeringanbahan bakar etanoluntuk dicampur dengan bensin.
4Å	4	0,60–0,65	20–21	0,3–0,6	Adsorpsi air dinatrium aluminosilikatyang disetujui FDA (lihatdi bawah) digunakan sebagai saringan molekuler dalam wadah medis untuk menjaga isinya tetap kering dan sebagaibahan tambahan makananmemilikiNomor EE-554 (agen anti-caking); Disukai untuk dehidrasi statis dalam sistem cairan atau gas tertutup, misalnya, dalam pengemasan obat-obatan, komponen elektronik, dan bahan kimia yang mudah rusak; penjernihan air dalam sistem pencetakan dan plastik, serta pengeringan aliran hidrokarbon jenuh. Spesies yang teradsorpsi meliputi SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6, dan C3H6. Umumnya dianggap sebagai agen pengering universal dalam media polar dan nonpolar;[12]pemisahangas alamDanalkena, adsorpsi air pada non-nitrogen sensitifpoliuretan
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Degreasing dan penurunan titik tuangpenerbangan minyak tanahDansolar, dan pemisahan alkena
5Å kecil diperkaya oksigen	5	0,4–0,8	≥23		Dirancang khusus untuk generator oksigen medis atau kesehatan[kutipan diperlukan]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Pengeringan dan pemurnian udara;dehidrasiDandesulfurisasigas alam dangas minyak cair;oksigenDanhidrogenproduksi olehadsorpsi ayunan tekananproses
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Sorpsi efisiensi tinggi, digunakan dalam pengeringan, dekarburisasi, desulfurisasi gas dan cairan dan pemisahanhidrokarbon aromatik
13X	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Pengeringan, desulfurisasi dan pemurnian gas minyak bumi dan gas alam
13X-AS	10	0,55–0,65	23–24	0,3–0,5	Dekarburisasidan pengeringan dalam industri pemisahan udara, pemisahan nitrogen dari oksigen dalam konsentrator oksigen
Cu-13X	10	0,50–0,60	23–24	0,3–0,5	Pemanis(penghapusantiol) daribahan bakar penerbangandan sesuaihidrokarbon cair

Kemampuan adsorpsi

3Å

Rumus kimia perkiraan: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3 • 2 SiO2 • 9/2 H2O

Rasio silika-alumina: SiO2/ Al2O3≈2

Produksi

Saringan molekuler 3A diproduksi dengan pertukaran kationkaliumuntuksodiumdalam saringan molekuler 4A (Lihat di bawah)

Penggunaan

Saringan molekuler 3Å tidak menyerap molekul dengan diameter lebih besar dari 3 Å. Karakteristik saringan molekuler ini meliputi kecepatan adsorpsi yang cepat, kemampuan regenerasi yang sering, ketahanan penghancuran yang baik, danketahanan terhadap polusiFitur-fitur ini dapat meningkatkan efisiensi dan masa pakai saringan. Saringan molekuler 3Å merupakan bahan pengering yang diperlukan dalam industri perminyakan dan kimia untuk penyulingan minyak, polimerisasi, dan pengeringan kedalaman gas-cair kimia.

Saringan molekuler 3Å digunakan untuk mengeringkan berbagai bahan, sepertietanol, udara,zat pendingin,gas alamDanhidrokarbon tak jenuhYang terakhir termasuk gas retak,asetilen,etilen,propilenaDanbutadiena.

Saringan molekuler 3Å digunakan untuk memisahkan air dari etanol, yang nantinya dapat digunakan langsung sebagai biofuel atau secara tidak langsung untuk menghasilkan berbagai produk seperti bahan kimia, makanan, farmasi, dan lainnya. Karena distilasi normal tidak dapat memisahkan semua air (produk sampingan yang tidak diinginkan dari produksi etanol) dari aliran proses etanol karena pembentukanazeotropPada konsentrasi sekitar 95,6 persen berat, manik-manik saringan molekuler digunakan untuk memisahkan etanol dan air pada tingkat molekuler dengan menyerap air ke dalam manik-manik dan membiarkan etanol mengalir bebas. Setelah manik-manik terisi air, suhu atau tekanan dapat dimanipulasi, sehingga air dapat dilepaskan dari manik-manik saringan molekuler.[15]

Saringan molekuler 3Å disimpan pada suhu ruangan, dengan kelembapan relatif tidak lebih dari 90%. Saringan ini disegel dengan tekanan rendah, dijauhkan dari air, asam, dan alkali.

4Å

Rumus kimia: Na2O•Al2O3•2SiO2•9/2H2O

Rasio silikon-aluminium: 1:1 (SiO2/ Al2O3≈2)

Produksi

Pembuatan saringan 4Å relatif mudah karena tidak memerlukan tekanan tinggi maupun suhu yang sangat tinggi. Larutan air biasanyanatrium silikatDannatrium aluminatdigabungkan pada suhu 80 °C. Produk yang diresapi pelarut "diaktifkan" dengan "dipanggang" pada suhu 400 °C. Saringan 4A berfungsi sebagai prekursor untuk saringan 3A dan 5A melaluipertukaran kationdarisodiumuntukkalium(untuk 3A) ataukalsium(untuk 5A)

Penggunaan

Pelarut pengering

Saringan molekuler 4Å banyak digunakan untuk mengeringkan pelarut laboratorium. Saringan ini dapat menyerap air dan molekul lain dengan diameter kritis kurang dari 4 Å seperti NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6, dan C2H4. Saringan ini banyak digunakan dalam pengeringan, pemurnian, dan pemurnian cairan dan gas (seperti pembuatan argon).

 

Aditif agen poliester[sunting]

Saringan molekuler ini digunakan untuk membantu deterjen karena dapat menghasilkan air demineralisasi melaluikalsiumpertukaran ion, menghilangkan dan mencegah pengendapan kotoran. Mereka banyak digunakan untuk menggantikanfosforSaringan molekuler 4Å berperan penting dalam menggantikan natrium tripolifosfat sebagai bahan pembantu deterjen untuk mengurangi dampak lingkungan dari deterjen. Saringan ini juga dapat digunakan sebagaisabunagen pembentuk dan dipasta gigi.

Pengolahan limbah berbahaya

Saringan molekuler 4Å dapat memurnikan limbah dari spesies kationik sepertiamoniumion, Pb2+, Cu2+, Zn2+ dan Cd2+. Karena selektivitasnya yang tinggi terhadap NH4+, ion-ion ini telah berhasil diaplikasikan di lapangan untuk memerangieutrofikasidan efek lainnya di saluran air akibat ion amonium yang berlebihan. Saringan molekuler 4Å juga telah digunakan untuk menghilangkan ion logam berat yang ada dalam air akibat aktivitas industri.

Tujuan lainnya

Ituindustri metalurgi:agen pemisah, pemisahan, ekstraksi kalium air garam,rubidium,sesium, dll.

Industri petrokimia,katalisator,pengering, penyerap

Pertanian:pengkondisi tanah

Obat: memuat perakzeolitagen antibakteri.

5Å

Rumus kimia: 0,7CaO•0,30Na2O•Al2O3•2,0SiO2 •4,5H2O

Rasio silika-alumina: SiO2/ Al2O3≈2

Produksi

Saringan molekuler 5A diproduksi dengan pertukaran kationkalsiumuntuksodiumdalam saringan molekuler 4A (Lihat di atas)

Penggunaan

Lima-ångströmSaringan molekuler (5Å) sering digunakan dalamminyak bumiindustri, terutama untuk pemurnian aliran gas dan di laboratorium kimia untuk pemisahansenyawadan bahan awal reaksi pengeringan. Bahan-bahan ini mengandung pori-pori kecil dengan ukuran yang presisi dan seragam, dan terutama digunakan sebagai adsorben untuk gas dan cairan.

Saringan molekuler lima-ångström digunakan untuk mengeringkangas alam, bersamaan dengan melakukandesulfurisasiDandekarbonisasiGas tersebut juga dapat digunakan untuk memisahkan campuran oksigen, nitrogen, dan hidrogen, serta n-hidrokarbon minyak-lilin dari hidrokarbon bercabang dan polisiklik.

Saringan molekuler lima-ångström disimpan pada suhu ruangan, dengankelembaban relatifKurang dari 90% dalam tong kardus atau kemasan karton. Saringan molekuler tidak boleh terkena udara secara langsung, serta air, asam, dan alkali harus dihindari.

Morfologi saringan molekuler

Saringan molekuler tersedia dalam beragam bentuk dan ukuran. Namun, butiran bulat memiliki keunggulan dibandingkan bentuk lain karena menawarkan penurunan tekanan yang lebih rendah, tahan terhadap gesekan karena tidak memiliki tepi tajam, dan memiliki kekuatan yang baik, yaitu gaya tekan yang dibutuhkan per satuan luas lebih tinggi. Saringan molekuler dengan butiran tertentu menawarkan kapasitas panas yang lebih rendah sehingga mengurangi kebutuhan energi selama regenerasi.

Keuntungan lain dari penggunaan saringan molekuler bermanik adalah kerapatan curahnya biasanya lebih tinggi daripada bentuk lainnya, sehingga untuk kebutuhan adsorpsi yang sama, volume saringan molekuler yang dibutuhkan lebih sedikit. Oleh karena itu, saat melakukan de-bottlenecking, seseorang dapat menggunakan saringan molekuler bermanik, memuat lebih banyak adsorben dalam volume yang sama, dan menghindari modifikasi bejana.