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

Saringan molekuler adalah bahan dengan pori-pori (lubang sangat kecil) dengan ukuran seragam. Diameter pori-pori ini memiliki ukuran yang mirip dengan molekul kecil, sehingga molekul besar tidak dapat masuk atau teradsorpsi, sedangkan molekul yang lebih kecil dapat masuk atau teradsorpsi. Saat campuran molekul bermigrasi melalui lapisan stasioner zat semi-padat berpori yang disebut sebagai saringan (atau matriks), komponen dengan berat molekul tertinggi (yang tidak dapat masuk ke pori-pori molekul) meninggalkan lapisan terlebih dahulu, diikuti oleh molekul-molekul yang lebih kecil secara berturut-turut. Beberapa saringan molekuler digunakan dalam kromatografi eksklusi ukuran, suatu teknik pemisahan yang mengurutkan molekul berdasarkan ukurannya. Saringan molekuler lainnya digunakan sebagai pengering (beberapa contoh termasuk arang aktif dan gel silika).
Diameter pori saringan molekuler diukur dalam ångströms (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 besar dari 50 nm (500 Å); kategori mesopori terletak di tengah dengan diameter pori antara 2 dan 50 nm (20–500 Å).
Bahan
Saringan molekuler dapat berupa bahan mikropori, mesopori, atau makropori.
Bahan mikropori (
●Zeolit ​​(mineral aluminosilikat, berbeda dengan aluminium silikat)
●Zeolit ​​LTA: 3–4 Å
●Kaca berpori: 10 Å (1 nm), dan lebih tinggi
●Karbon aktif: 0–20 Å (0–2 nm), dan lebih tinggi
●Tanah Liat
●campuran montmorillonit
●Halloysite (endellit): Dua bentuk umum yang ditemukan, ketika terhidrasi, tanah liat mempunyai jarak lapisan 1 nm dan ketika dehidrasi (meta-halloysite) jaraknya adalah 0,7 nm. Halloysite secara alami muncul sebagai silinder kecil dengan diameter rata-rata 30 nm dengan panjang antara 0,5 dan 10 mikrometer.
Bahan mesopori (2–50 nm)
Silikon dioksida (digunakan untuk membuat silika gel): 24 Å (2,4 nm)
Bahan berpori makro (>50 nm)
Silika berpori makro, 200–1000 Å (20–100 nm)
Aplikasi
Saringan molekuler sering digunakan dalam industri perminyakan, terutama untuk mengeringkan aliran gas. Misalnya saja pada industri gas alam cair (LNG), kandungan air pada gas perlu dikurangi menjadi 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 dibandingkan teknik pengeringan tradisional, yang sering kali menggunakan bahan pengering yang agresif.
Di bawah istilah zeolit, saringan molekuler digunakan untuk berbagai 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 alat bantu pernapasan, misalnya yang digunakan oleh penyelam scuba dan petugas pemadam kebakaran. Dalam aplikasi tersebut, udara disuplai oleh kompresor udara dan dilewatkan melalui filter kartrid yang, tergantung pada aplikasinya, diisi dengan saringan molekuler dan/atau karbon aktif, yang akhirnya digunakan untuk mengisi tangki udara pernapasan. Filtrasi semacam itu dapat menghilangkan partikulat. dan produk buangan kompresor dari pasokan udara pernapasan.
persetujuan FDA.
FDA AS mulai tanggal 1 April 2012, telah menyetujui natrium aluminosilikat untuk kontak langsung dengan barang habis pakai di bawah 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 mendapatkan persetujuan pemerintah.
Regenerasi
Metode regenerasi saringan molekuler meliputi perubahan tekanan (seperti pada konsentrator oksigen), pemanasan dan pembersihan dengan gas pembawa (seperti ketika digunakan dalam dehidrasi etanol), atau pemanasan dalam kondisi vakum tinggi. Suhu regenerasi berkisar dari 175 °C (350 °F) hingga 315 °C (600 °F) tergantung pada jenis saringan molekuler. Sebaliknya, silika gel dapat diregenerasi dengan memanaskannya dalam oven biasa hingga 120 °C (250 °F) selama dua jam. Namun, beberapa jenis silika gel akan “meletup” bila terkena air yang cukup. Hal ini disebabkan oleh pecahnya bola silika saat bersentuhan dengan air.

Model	Diameter pori (Angström)	Kepadatan curah (g/ml)	Air yang teradsorpsi (% b/b)	Atrisi atau abrasi, W(% b/b)	Penggunaan
3Å	3	0,60–0,68	19–20	0,3–0,6	Pengeringandarikeretakan minyak bumigas dan alkena, adsorpsi selektif H2O dikaca terisolasi (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 (zat anti penggumpalan); Lebih disukai untuk dehidrasi statis dalam sistem cairan atau gas tertutup, misalnya, dalam kemasan obat-obatan, komponen listrik, dan bahan kimia yang mudah rusak; pemulungan air dalam sistem pencetakan dan plastik dan pengeringan aliran hidrokarbon jenuh. Spesies yang teradsorpsi antara lain SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6, dan C3H6. Umumnya dianggap sebagai bahan pengering universal pada media polar dan nonpolar;[12]pemisahangas alamDanalkena, adsorpsi air dalam non-nitrogen sensitifpoliuretan
5Å-DW	5	0,45–0,50	21–22	0,3–0,6	Degreasing dan titik tuang depresipenerbangan minyak tanahDansolar, dan pemisahan alkena
5Å kecil diperkaya oksigen	5	0,4–0,8	≥23		Dirancang khusus untuk generator oksigen medis atau sehat[diperlukan kutipan]
5Å	5	0,60–0,65	20–21	0,3–0,5	Pengeringan dan pemurnian udara;dehidrasiDandesulfurisasigas alam dangas minyak bumi cair;oksigenDanhidrogenproduksi olehadsorpsi ayunan tekananproses
10X	8	0,50–0,60	23–24	0,3–0,6	Penyerapan efisien 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-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

Perkiraan rumus kimia: ((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 yang diameternya lebih besar dari 3 Å. Karakteristik saringan molekuler ini meliputi kecepatan adsorpsi yang cepat, kemampuan regenerasi yang sering, ketahanan penghancuran yang baik danketahanan terhadap polusi. Fitur-fitur ini dapat meningkatkan efisiensi dan masa pakai saringan. Saringan molekuler 3Å adalah 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,pendingin,gas alamDanhidrokarbon tak jenuh. Yang terakhir termasuk gas retak,asetilen,etilen,propilenaDanbutadiena.

Saringan molekuler 3Å digunakan untuk menghilangkan air dari etanol, yang nantinya dapat digunakan secara langsung sebagai bahan bakar nabati atau secara tidak langsung untuk menghasilkan berbagai produk seperti bahan kimia, makanan, obat-obatan, dan lainnya. Karena distilasi normal tidak dapat menghilangkan semua air (produk sampingan yang tidak diinginkan dari produksi etanol) dari aliran proses etanol karena pembentukanazeotropdengan konsentrasi sekitar 95,6 persen beratnya, butiran saringan molekuler digunakan untuk memisahkan etanol dan air pada tingkat molekuler dengan menyerap air ke dalam butiran dan membiarkan etanol lewat dengan bebas. Setelah butiran penuh dengan air, suhu atau tekanan dapat dimanipulasi, sehingga air dapat dilepaskan dari butiran saringan molekuler.[15]

Saringan molekuler 3Å disimpan pada suhu kamar, dengan kelembaban relatif tidak lebih dari 90%. Mereka disegel di bawah tekanan rendah, dijauhkan dari air, asam dan basa.

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 atau suhu tinggi. Biasanya larutan dalam air darinatrium silikatDannatrium aluminatdigabungkan pada suhu 80°C. Produk yang diresapi pelarut "diaktifkan" dengan "memanggang" pada suhu 400 °C. Saringan 4A berfungsi sebagai pendahulu saringan 3A dan 5A melaluipertukaran kationdarisodiumuntukkalium(untuk 3A) ataukalsium(untuk 5A)

Penggunaan

Pengeringan pelarut

Saringan molekuler 4Å banyak digunakan untuk mengeringkan pelarut laboratorium. Mereka dapat menyerap air dan molekul lain dengan diameter kritis kurang dari 4 Å seperti NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6, dan C2H4. Mereka 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 demineralisasikalsiumpertukaran ion, menghilangkan dan mencegah pengendapan kotoran. Mereka banyak digunakan sebagai penggantifosfor. Saringan molekuler 4Å memainkan peran utama untuk menggantikan natrium tripolifosfat sebagai bahan tambahan deterjen untuk mengurangi dampak deterjen terhadap lingkungan. Ini juga dapat digunakan sebagaisabunagen pembentuk dan masukpasta gigi.

Pengolahan limbah berbahaya

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

Tujuan lainnya

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

Industri petrokimia,katalisator,pengering, penyerap

Pertanian:kondisioner 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-ångström(5Å) saringan molekuler sering digunakan dalamminyak bumiindustri, terutama untuk pemurnian aliran gas dan di laboratorium kimia untuk pemisahansenyawadan pengeringan bahan awal reaksi. Mereka mengandung pori-pori kecil dengan ukuran yang tepat dan seragam, dan terutama digunakan sebagai penyerap gas dan cairan.

Saringan molekuler lima ångström digunakan untuk mengeringkangas alam, bersamaan dengan pertunjukandesulfurisasiDandekarbonasidari gas. Mereka 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 kamar, dengan akelembaban relatifkurang dari 90% dalam tong karton atau kemasan karton. Saringan molekuler tidak boleh terkena langsung ke udara dan air, asam dan basa harus dihindari.

Morfologi saringan molekuler

Saringan molekuler tersedia dalam beragam bentuk dan ukuran. Namun manik-manik berbentuk bola memiliki keunggulan dibandingkan bentuk lainnya karena menawarkan penurunan tekanan yang lebih rendah, tahan terhadap gesekan karena tidak memiliki tepi yang tajam, dan memiliki kekuatan yang baik, yaitu gaya tumbukan yang dibutuhkan per satuan luas lebih tinggi. Saringan molekuler manik-manik tertentu menawarkan kapasitas panas yang lebih rendah sehingga menurunkan kebutuhan energi selama regenerasi.

Keuntungan lain menggunakan saringan molekuler manik-manik adalah kerapatan curah biasanya lebih tinggi dibandingkan bentuk lainnya, sehingga untuk kebutuhan adsorpsi yang sama, volume saringan molekuler yang dibutuhkan lebih sedikit. Jadi saat melakukan de-bottlenecking, seseorang dapat menggunakan saringan molekuler manik-manik, memuat lebih banyak adsorben dalam volume yang sama, dan menghindari modifikasi wadah apa pun.