Molekularsiebe

Ein Molekularsieb ist eine Art Adsorptionsmittel oder Membranmaterial mit gleichmäßigen Mikroporen, die hauptsächlich aus Silizium, Aluminium, Sauerstoff und anderen Metallkationen bestehen. Seine Porengröße entspricht der allgemeinen Molekülgröße, und verschiedene Flüssigkeitsmoleküle werden entsprechend seiner effektiven Porengröße abgeschirmt. Zeolith-Molekularsiebe sind natürliche und synthetische kristalline Alumosilikate, die die Funktion eines Molekularsiebs haben. Molekularsiebe können in verschiedenen Formen hergestellt werden, darunter Molekularsiebkugeln, Pellets und Trockenmittelpulver, je nach den spezifischen Anwendungsanforderungen. 

Das Molekularsieb ist ein Hochleistungsadsorptionsmittel mit ausgezeichneter kinetischer Gasadsorption und Trennkapazität. Molekularsieb ist weit verbreitet in verschiedenen Branchen wie kryogene Luftzerlegung, PSA & VPSA Sauerstoff-Generator, Wasserstoffreinigung, Erdgas Dehydratisierung, Ethanol Dehydratisierung, Ethylen Dehydratisierung, Propylen Dehydratisierung, Ethanol Dehydratisierung, Kältemittel Dehydratisierung, Air Break System, Isolierglas, etc.

Zeolith-Molekularsiebe sind kristalline Silikate oder Alumosilikate, die aus Silizium-Sauerstoff-Tetraedern oder Aluminium-Sauerstoff-Tetraedern bestehen, die durch Sauerstoffbrücken verbunden sind und Poren und Hohlräume von molekularer Größe bilden. Hohlraumsystem, das die Eigenschaft hat, Moleküle zu sieben. Mit der eingehenden Erforschung der Synthese und Anwendung von Zeolith-Molekularsieben haben Forscher jedoch Phosphoaluminat-Zeolith-Molekularsiebe entdeckt, und die Gerüstelemente (Silizium oder Aluminium oder Phosphor) der Zeolith-Molekularsiebe können auch aus B, Ga, Fe, Cr, Ge, I, V , Mn, Co, Zn, Be und Cu usw. bestehen, und die Größe der Poren und Hohlräume kann 2 nm oder mehr erreichen. Daher können Zeolith-Molekularsiebe entsprechend der Zusammensetzung der Gerüstelemente in Silizium-Aluminium-Zeolith-Molekularsiebe, Phosphor-Aluminium-Zeolith-Molekularsiebe und Gerüst-Heteroatom-Zeolith-Molekularsiebe unterteilt werden.

Unterteilt nach der Kanalgröße werden Zeolith-Molekularsiebe mit Kanalgrößen von weniger als 2 nm, 2~50 nm und mehr als 50 nm als mikroporöse, mesoporöse bzw. makroporöse Molekularsiebe bezeichnet. Aufgrund seiner großen Porengröße ist es ein guter Träger für großvolumige molekulare Reaktionen, aber die Porenwand des mesoporösen Materials ist amorph, so dass seine hydrothermale und thermische Stabilität nicht den rauen Bedingungen entspricht, die für petrochemische Anwendungen erforderlich sind.

Da es Metallionen mit geringer Elektrizität und großem Ionenradius und Wasser in einem kombinierten Zustand enthält, gehen nach dem Erhitzen kontinuierlich Wassermoleküle verloren, aber die Struktur des Kristallskeletts bleibt unverändert und es bilden sich viele Hohlräume gleicher Größe, die viele Durchmesser haben. Die gleichen Mikroporen sind miteinander verbunden. Diese winzigen Poren haben einheitliche Durchmesser, die Moleküle, die kleiner als der Porendurchmesser sind, in das Innere der Poren aufnehmen können, während sie Moleküle, die größer als die Poren sind, abstoßen, so dass Moleküle mit unterschiedlichen Formen und Durchmessern ausgeschlossen werden können. Moleküle mit unterschiedlicher Polarität, Moleküle mit unterschiedlichem Siedepunkt und Moleküle mit unterschiedlichem Sättigungsgrad werden getrennt, d. h. sie haben die Funktion, Moleküle zu "sieben", weshalb sie auch als Molekularsiebe bezeichnet werden. Derzeit werden Molekularsiebe in der Metallurgie, der Chemie, der Elektronik, der Petrochemie, der Erdgasindustrie und anderen Industriezweigen eingesetzt.

Das Molekularsieb ist eine Art Aluminosilikatkristall. Da die Porengröße des Zeolith-Molekularsiebs einheitlich ist, können die Moleküle nur dann leicht in den Hohlraum eindringen und adsorbiert werden, wenn der Durchmesser der Moleküldynamik kleiner ist als der des Zeolith-Molekularsiebs. Daher ist das Zeolith-Molekularsieb wie ein Sieb für gasförmige und flüssige Moleküle. Je nach der Größe des Moleküls zu bestimmen, ob adsorbiert werden. Da das Zeolith-Molekularsieb eine starke Polarität im kristallinen Hohlraum aufweist, kann es mit den Molekülen interagieren, die polare Gruppen auf der Oberfläche des Zeolith-Molekularsiebs enthalten, oder durch Induktion der Polarisierung der polarisierbaren Moleküle eine starke Adsorption bewirken. Diese Art von polarem oder leicht polarisiertem Molekül wird leicht von polarem Zeolith-Molekularsieb adsorbiert, was eine weitere Adsorptionsselektivität des Zeolith-Molekularsiebs widerspiegelt.

Es gibt zwei Hauptmethoden für die Regeneration von Molekularsieben: die Regeneration durch Erhitzen und hohe Temperaturen und die Regeneration im Vakuum. Da die Adsorption keine chemischen Veränderungen verursacht, hat das Zeolith-Molekularsieb wieder Adsorptionskapazität, solange man versucht, die auf der Oberfläche konzentrierten Moleküle zu vertreiben. Dieser Vorgang ist der umgekehrte Prozess der Adsorption und wird als Aktivierung, Desorption oder Regeneration bezeichnet. Die Aktivierung des Molekularsiebs bezieht sich auf den Prozess, bei dem Adsorbate, wie z. B. die vom Molekularsieb adsorbierte Feuchtigkeit, durch Hochtemperaturerwärmung oder Vakuum aus dem Molekularsieb ausgetrieben werden, so dass das Molekularsieb seine Adsorptionskapazität wiederherstellen kann.  

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