Saringan molekuler adalah material dengan pori-pori (lubang yang sangat kecil) dengan ukuran yang seragam. Diameter pori-pori ini ukurannya mirip dengan molekul kecil, sehingga molekul besar tidak dapat masuk atau diserap, sedangkan molekul yang lebih kecil dapat. Saat campuran molekul bermigrasi melalui lapisan stasioner dari zat semipadat berpori yang disebut saringan (atau matriks), komponen dengan berat molekul tertinggi (yang tidak dapat masuk ke pori-pori molekuler) meninggalkan lapisan terlebih dahulu, diikuti oleh molekul yang lebih kecil secara berurutan. Beberapa saringan molekuler digunakan dalam kromatografi pengecualian ukuran, teknik pemisahan yang memilah molekul berdasarkan ukurannya. Saringan molekuler lainnya digunakan sebagai pengering (beberapa contoh termasuk arang aktif dan gel silika).
Diameter pori saringan molekuler diukur dalam ångström (Å) atau nanometer (nm). Menurut notasi IUPAC, bahan mikropori memiliki diameter pori kurang dari 2 nm (20 Å) dan bahan makropori memiliki diameter pori lebih dari 50 nm (500 Å); 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): Dua bentuk umum yang ditemukan, ketika terhidrasi, lempung menunjukkan jarak antarlapisan 1 nm dan ketika terdehidrasi (meta-halloysit) jarak antarlapisan adalah 0,7 nm. Halloysit secara alami terbentuk sebagai silinder kecil yang rata-rata berdiameter 30 nm dengan 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 makropori (>50 nm)
Silika makropori, 200–1000 Å (20–100 nm)
Aplikasi[sunting]
Saringan molekular 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" terbukti lebih unggul daripada teknik pengeringan tradisional, yang sering kali menggunakan bahan pengering agresif.
Di bawah istilah zeolit, saringan molekuler digunakan untuk berbagai macam aplikasi katalitik. Mereka mengkatalisis isomerisasi, alkilasi, dan epoksidasi, dan digunakan dalam proses industri skala besar, termasuk perengkahan hidro dan perengkahan katalitik fluida.
Mereka juga digunakan dalam penyaringan pasokan udara untuk peralatan pernapasan, misalnya yang digunakan oleh penyelam skuba dan petugas pemadam kebakaran. Dalam aplikasi tersebut, udara dipasok 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 tersebut 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 untuk regenerasi saringan molekuler meliputi perubahan tekanan (seperti pada konsentrator oksigen), pemanasan dan pembersihan dengan gas pembawa (seperti saat 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" saat terkena cukup banyak air. Hal ini disebabkan oleh pecahnya bola-bola silika saat bersentuhan dengan air.
| Model | Diameter pori (Angstrom) | Kepadatan massal (g/ml) | Air yang teradsorpsi (% b/b) | Pengikisan atau abrasi, W(% berat/berat) | Penggunaan |
| 3Å | 3 | 0,60–0,68 | 19–20 | 0,3–0,6 | Pengeringandariretak minyak bumigas dan alkena, adsorpsi selektif H2O dalamkaca terisolasi (IG)dan poliuretan, pengeringanbahan bakar etanoluntuk dicampur dengan bensin. |
| 4Å | 4 | 0,60–0,65 | tahun 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-penggumpalan); Lebih disukai untuk dehidrasi statis dalam sistem cairan atau gas tertutup, misalnya, dalam pengemasan obat-obatan, komponen listrik dan bahan kimia yang mudah rusak; pembersihan air dalam sistem percetakan dan plastik dan pengeringan aliran hidrokarbon jenuh. Spesies yang diserap 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 media yang tidak sensitif terhadap nitrogenpoliuretan |
| 5Å-DW | 5 | 0,45–0,50 | 21–22 | 0,3–0,6 | Degreasing dan penurunan titik tuangpenerbangan minyak tanahDanMesin Diesel, 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 | tahun 20–21 | 0,3–0,5 | Pengeringan dan pemurnian udara;dehidrasiDandesulfurisasidari gas alam dangas minyak cairBahasa Indonesia:oksigenDanhidrogenproduksi olehadsorpsi ayunan tekananproses |
| 10X | 8 | 0,50–0,60 | 23–24 | 0,3–0,6 | Penyerapan efisiensi tinggi, digunakan dalam pengeringan, dekarburisasi, desulfurisasi gas dan cairan serta 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-SEBAGAI | 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 molekul 3A diproduksi dengan pertukaran kationkaliumuntuksodiumdalam saringan molekuler 4A (Lihat di bawah)
Penggunaan
Saringan molekul 3Å tidak menyerap molekul yang diameternya lebih besar dari 3 Å. Karakteristik saringan molekul ini meliputi kecepatan penyerapan yang cepat, kemampuan regenerasi yang sering, ketahanan penghancuran yang baik danketahanan polusiFitur-fitur ini dapat meningkatkan efisiensi dan masa pakai saringan. Saringan molekuler 3Å merupakan bahan pengering yang diperlukan dalam industri minyak bumi dan kimia untuk penyulingan minyak, polimerisasi, dan pengeringan kedalaman gas-cair kimia.
Saringan molekuler 3Å digunakan untuk mengeringkan berbagai bahan, sepertietanol, udara,zat pendinginBahasa Indonesia:gas alamDanhidrokarbon tak jenuhYang terakhir termasuk gas retak,asetilenBahasa Indonesia:etilenaBahasa Indonesia:propilenaDanbutadiena.
Saringan molekuler 3Å digunakan untuk menghilangkan air dari etanol, yang nantinya dapat digunakan secara langsung sebagai bio-fuel atau secara tidak langsung untuk menghasilkan berbagai produk seperti bahan kimia, makanan, farmasi, dan lain-lain. Karena distilasi normal tidak dapat menghilangkan semua air (produk sampingan yang tidak diinginkan dari produksi etanol) dari aliran proses etanol karena terbentuknyaazeotroppada 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 lewat dengan bebas. Setelah manik-manik terisi penuh air, suhu atau tekanan dapat dimanipulasi, yang memungkinkan air dilepaskan dari manik-manik saringan molekuler.[15]
Saringan molekuler 3Å disimpan pada suhu ruangan, dengan tingkat 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 berair biasanyanatrium silikatDannatrium aluminatdigabungkan pada suhu 80 °C. Produk yang diimpregnasi pelarut "diaktifkan" dengan "pemanggangan" pada suhu 400 °C Saringan 4A berfungsi sebagai prekursor saringan 3A dan 5A melaluipertukaran kationdarisodiumuntukkalium(untuk 3A) ataukalsium(untuk 5A)
Penggunaan
Pelarut pengeringan
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 persiapan argon).
Aditif agen poliester[mengedit]
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 untuk menggantikan natrium tripolyphosphate sebagai bahan pembantu deterjen guna 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-ion, Pb2+, Cu2+, Zn2+ dan Cd2+. Karena selektivitasnya yang tinggi terhadap NH4+, mereka 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,rubidiumBahasa Indonesia:sesium, dll.
Industri petrokimia,katalisatorBahasa Indonesia:bahan 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-angstromSaringan 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 penyerap gas dan cairan.
Saringan molekuler lima ångström digunakan untuk mengeringkangas alam, bersamaan dengan melakukandesulfurisasiDandekarbonisasigas. Mereka juga dapat digunakan untuk memisahkan campuran oksigen, nitrogen dan hidrogen, dan minyak-lilin n-hidrokarbon 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 langsung terkena udara dan air, asam dan basa harus dihindari.
Morfologi saringan molekuler
Saringan molekular tersedia dalam berbagai 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 yang tajam, dan memiliki kekuatan yang baik, yaitu gaya tekan yang dibutuhkan per satuan luas lebih tinggi. Saringan molekular butiran tertentu menawarkan kapasitas panas yang lebih rendah sehingga kebutuhan energi yang lebih rendah selama regenerasi.
Keuntungan lain dari penggunaan saringan molekuler bermanik adalah kerapatan massa biasanya lebih tinggi daripada bentuk lainnya, sehingga untuk kebutuhan penyerapan yang sama volume saringan molekuler yang dibutuhkan lebih sedikit. Jadi saat melakukan de-bottlenecking, seseorang dapat menggunakan saringan molekuler bermanik, memuat lebih banyak adsorben dalam volume yang sama, dan menghindari modifikasi bejana apa pun.
Waktu posting: 18-Jul-2023
