Sita molekularne 3A 1-3mm

Sita molekularne 3A (kulki 1–3 mm)

Inne nazwy: Sito molekularne 3A, zeolit 3A, K-LTA, zeolit A w formie potasowej, glinokrzemian potasowo-sodowy
Wzór chemiczny: K _n Na _12−n [(AlO₂)₁₂ (SiO₂)₁₂ ] · xH₂ O
Masa molowa: Nie jest jednoznacznie określona, ponieważ stopień wymiany K ⁺ /Na ⁺ oraz uwodnienia może się różnić
Numer CAS: 308080-99-1
Typ szkieletu: LTA (typ A Linde)
Nominalny rozmiar porów: Około 3 Å (0.3 nm)
Wielkość cząstek: kulki 1–3 mm
Wygląd: Porowate, stałe, sferyczne kulki
Zapach:Bezwonny
SMILES: Nie dotyczy; sito molekularne 3A jest rozległym krystalicznym szkieletem glinokrzemianowym i nie ma jednoznacznej cząsteczkowej reprezentacji SMILES

Regeneracja:

Sita molekularne 3A można regenerować przez ogrzewanie w szafie suszącej w temperaturze 200–300 °C, lub poprzez zmianę ciśnienia bądź metody płukania. 

Sito molekularne 3A to syntetyczny krystaliczny glinokrzemian należący do rodziny szkieletów zeolitowych LTA. Szkielet zbudowany jest z współdzielących wierzchołki tetraedrów SiO₄ oraz AlO₄ tetraedrów, które tworzą trójwymiarowy system klatek połączonych ośmioczłonowymi pierścieniami tlenowymi. Podstawienie Al ³⁺ za Si ⁴⁺ powoduje powstanie ujemnie naładowanego szkieletu, który jest równoważony elektrycznie przez pozaszkieletowe kationy metali alkalicznych.

Forma 3A powstaje przez częściowe zastąpienie jonów sodu w zeolicie A większym jonem potasu. Kationy potasu zajmują położenia blisko okien ośmioczłonowych pierścieni i zmniejszają efektywny otwór porów z około 4 Å w Na-LTA (4A) do około 3 Å w LTA zawierającym potas. To kontrolowane zwężenie otworu odpowiada za sito-molekularne zachowanie materiału. Małe cząsteczki, takie jak woda, mogą wnikać do wewnętrznej mikroporowatej struktury, podczas gdy wiele większych cząsteczek jest wykluczanych sterycznie.

Sito molekularne 3A ma szczególnie silne powinowactwo do wody ze względu na silnie polarny szkielet glinokrzemianowy oraz obecność kationów równoważących ładunek. Badania adsorpcyjne wykazały znaczny pobór wody i szybką adsorpcję w szerokim zakresie warunków. Połączenie hydrofilowości i zwężonego otworu porów sprawia, że 3A jest szczególnie użyteczne, gdy należy usunąć wodę przy jednoczesnym zminimalizowaniu adsorpcji większych składników strumienia gazowego lub ciekłego.

Właściwości chemiczne i fizyczne

Sito molekularne 3A ma topologię LTA, charakterystyczną dla zeolitu A. Struktura zawiera większe klatki α oraz mniejsze klatki β typu sodalitowego, połączone określonymi układami pierścieni. Transport cząsteczek do głównych wnęk adsorpcyjnych zachodzi głównie przez okna z ośmioczłonowych pierścieni tlenowych.

Efektywny otwór porów wynosi około 3 Å. Badania naukowe porównujące różne zeolity LTA po wymianie kationowej pokazują, że K-LTA odpowiada formie 3A, podczas gdy Na-LTA i Ca,Na-LTA wykazują efektywne otwory odpowiednio około 4 Å i 5 Å. Modyfikacja rozmiaru porów wynika bezpośrednio z wielkości i położenia kationów równoważących ładunek.

Szkielet ma stosunek Si/Al bliski 1, co nadaje zeolitowi A wysokie stężenie ujemnie naładowanych miejsc w szkielecie i wymienialnych kationów. Te cechy strukturalne powodują silne oddziaływania elektrostatyczne z cząsteczkami polarnymi, w szczególności z wodą.

Cząsteczki wody, o wymiarach wystarczająco małych, aby przejść przez otwór około 3 Å, mogą dyfundować do wewnętrznych wnęk i adsorbować się w energetycznie uprzywilejowanych miejscach związanych z atomami tlenu w szkielecie oraz z kationami pozaszkieletowymi. Większe cząsteczki mogą być silnie ograniczone lub całkowicie wykluczone z wewnętrznego układu porów.

Adsorpcja wody zależy od temperatury i ciśnienia cząstkowego. Badania eksperymentalne sit molekularnych 3A wykazały mierzalną adsorpcję pary wodnej nawet w podwyższonych temperaturach, a modele adsorpcji wskazują, że dla praktycznego suszenia i procesów wspomaganych sorpcją istotne są zarówno pojemność równowagowa, jak i przebieg przenoszenia masy.

Forma kulek 1–3 mm zapewnia makroskopową geometrię cząstek odpowiednią do złoży adsorpcyjnych i laboratoryjnych kolumn suszących. Kulki zawierają mikroporowatą strukturę LTA odpowiedzialną za selektywną adsorpcję, podczas gdy makroskopowe wymiary cząstek wpływają na spadek ciśnienia i ogólne charakterystyki przenoszenia masy podczas pracy.

Sito molekularne 3A jest nieulotnym nieorganicznym ciałem stałym i dlatego nie ma typowych temperatur wrzenia i topnienia porównywalnych z substancjami cząsteczkowymi. W wystarczająco wysokich temperaturach zachodzi odwodnienie strukturalne, a ostatecznie degradacja szkieletu, zamiast zwykłego wrzenia.

Zastosowania

Sito molekularne 3A jest szeroko stosowane jako selektywny środek osuszający do usuwania wody z gazów technicznych i ciekłych strumieni chemicznych. Jego otwór porów około 3 Å umożliwia preferencyjną adsorpcję wody, ograniczając jednocześnie przenikanie wielu większych cząsteczek do wewnętrznych wnęk zeolitu.

Jest szczególnie odpowiednie do osuszania strumieni procesowych zawierających węglowodory, w których nadmierna współadsorpcja większych cząsteczek węglowodorowych jest niepożądana. Materiał może być stosowany w układach adsorpcji na złożu stałym do oczyszczania i kontroli wilgotności w operacjach chemicznych, petrochemicznych i przetwarzania gazu.

Sito molekularne 3A jest także stosowane do osuszania rozpuszczalników i odczynników laboratoryjnych oraz przemysłowych, gdy wymagana jest selektywna eliminacja pozostałości wody. Zwężony otwór porów może stanowić przewagę nad sitami molekularnymi o większych porach, gdy istotne jest zachowanie większych składników cząsteczkowych.

W badaniach z zakresu inżynierii chemicznej sita molekularne 3A są analizowane pod kątem adsorpcji pary wodnej oraz procesów reakcyjnych wspomaganych sorpcją. Usuwanie wody powstającej w trakcie reakcji chemicznej może modyfikować środowisko reakcji i, w odpowiednich układach ograniczonych równowagą, zwiększać przekształcenie w kierunku pożądanych produktów.

Materiał jest również szeroko badany jako modelowy mikroporowaty adsorbent do badań dyfuzji, kinetyki adsorpcji, efektu sito-molekularnego, wpływu kationów oraz transportu przez otwory porów zeolitów.

Źródła literaturowe

1. Reed, T. B.; Breck, D. W. “Crystalline Zeolites. II. Crystal Structure of Synthetic Zeolite, Type A.” Journal of the American Chemical Society, 1956, 78, 5972–5977. DOI: 10.1021/ja01604a002.
2. Montanari, T.; Salla, I.; Busca, G. “Adsorption of CO on LTA zeolite adsorbents: An IR investigation.” Microporous and Mesoporous Materials, 2008, 109, 216–222. DOI: 10.1016/j.micromeso.2007.04.045.
3. van Kampen, J.; Boon, J.; van Sint Annaland, M. “Steam adsorption on molecular sieve 3A for sorption enhanced reaction processes.” Adsorption, 2021, 27, 577–589. DOI: 10.1007/s10450-020-00283-8.
4. Chaibi, A.; Boucheffa, Y.; Bendjaballah-Lalaoui, N. “TGA investigation of water and ethanol adsorption over LTA zeolites.” Microporous and Mesoporous Materials, 2021, 324, 111285. DOI: 10.1016/j.micromeso.2021.111285.
5. International Zeolite Association Structure Commission. Database of Zeolite Structures: LTA Framework Type and Linde Type A Reference Material.

Informacje dotyczące bezpieczeństwa:

• Postępowanie z produktem: Unikać wdychania pyłu. Stosować w dobrze wentylowanym miejscu.

• Przechowywanie: Przechowywać w szczelnie zamkniętym pojemniku, w chłodnym i suchym miejscu, aby zapobiec adsorpcji wilgoci przed użyciem.

*Uwaga: Podane informacje opierają się na danych ogólnych. Zawsze należy odwoływać się do karty charakterystyki (SDS) dostarczonej przez dostawcę w celu uzyskania szczegółowych i dokładnych informacji.*