مولکولارسیو چیست؟ و چه کاربردی دارد؟

مواد بسیار زیادی مانند سیلیکاژل‌ها برای حذف رطوبت از مواد مختلف وجود دارند. یکی‌دیگر از موادی که می‌توان برای حذف رطوبت از آن‌ها کمک گرفت، مولکولارسیوها هستند. اگر شما به ماده‌ای برای خشک کردن مواد نیاز دارید، می‌توانید از مولکولارسیو استفاده کنید. برای اینکه بیشتر با این ماده آشنا شوید، با ما همراه باشید. ما در این مقاله درمورد اینکه مولکولارسیو چیست و چه کاربردهای مختلفی دارد توضیح داده‌ایم.

مولکولارسیو چیست؟

مولکولارسیو (Molecular sieve) نوعی زئولایت است یکی از ماده‌های شیمیایی با منافذ قابل نفوذ است که باعث می‌شود این ماده توانایی جذب رطوبت را داشته باشد. منافذ این مادهٔ شیمیایی اندازهٔ ثابتی دارند. بسیار کوچک هستند و به راحتی دیده نمی‌شوند. به دلیل کوچک بودن منافذ این ماده مولکول‌های بزرگ قادر به رد شدن از آن نیستند و فقط ذرات کوچک‌تر می‌توانند از آن عبور کنند. برای اینکه بهتر بدانید مولکولارسیو چیست باید گفت که این ماده به نوعی مانند الک عمل می‌کند. علاوه بر این ویژگی، مولکولارسیو قابلیت جذب رطوبت را نیز دارد و می‌تواند در کروماتوگرافی (Chromatography) مورد استفاده قرار بگیرد.

کاربردهای مولکولارسیو و فعال کردن آن

مولکولارسیو کاربرد‌های بسیار زیادی دارد. برخی از مدل‌های مولکولارسیو برای خشک کردن مواد مختلف به کار گرفته می‌شوند. همچنین خوب است بدانید که از این ماده برای خشک کردن گاز در صنعت پتروشیمی استفاده می‌شود. خیلی از حلال‌ها و دیگر مواد را می‌توان با استفاده از مولکولارسیو خشک کرد. به کمک این ماده فرایند ایزومریزاسیون (Isomerization)، آلکیلاسیون (Alkylation) و اپوکسیداسیون (Epoxidation) را می‌توان کاتالیز کرد. بسیاری از غواص‌ها و آتش‌نشان‌ها از مولکولاسیون در دستگاه تنفسی برای فیلتر کردن هوا استفاده می‌کنند.

• در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی به عنوان جاذب، کاتالیست، جدا کننده و تبادل کننده‌های یونی کاربرد دارند.
• مواد مولکولارسیو در دستگاهای نیتروژن‌ساز وظیفه جداسازی 78 درصد نیتروژن موجود در هوای فشرده را بر عهده دارند.
• از مولکولارسیو برای جداسازی رطوبت از هوای فشرده در نقطه شبنم 40- تا 100- درجه سانتی‌گراد در درایرهای جذبی استفاده می‌شود.
• مولکولارسیو در این صنایع به منظور رطوبت‌زدایی گاز طبیعی و هوا و جداسازی ذرات آلاینده از جمله نیتروژن، گوگرد و کربن دی اکسید مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین در احیاء گاز طبیعی و میعانات گازی پتروشیمی کاربرد ویژه‌ای دارند.

یونیت‌های کراژنیک جداسازی هوا

به منظور جداسازی کراژنیک هوا به اکسیژن و نیتروژن، می‌بایست هوا در طی فرایند خالص‌سازی front end  از آب، دی اکسید کربن و نیتروس اکساید و مولکول‌های و کوچکتر هیدروکربن تصفیه گردد. مولکاولارسیوها ۱۳x و  LSX این امکان را فراهم می‌سازند.

<< همچنین بخوانید: آشنایی با انواع مولکولارسیو >>

ویژگی‌های مولکولارسیو

ویژگی‌هایی که باعث می‌شود مولکولارسیو از دیگر مواد جاذب متمایز شود، عبارتند از:

• رطوبت‌گیر مستقیم
• جداسازی ناخالصی‌های سولفید
• جداسازی ناخالصی‌های سولفور
• جداسازی یون‌های کراژنیک
• ساختار کریستالی مولکولارسیو

فعال کردن مولکولارسیو

مولکولارسیوها قبل از استفاده باید فعال شوند. برای تست فعال بودن یا نبودن مولکولارسیوها آن‌ها را در کف دست خود قرار دهید و مقداری آب به آن اضافه کنید. سپس چک کنید که آب جذب ماده می‌شود یا خیر. اگر آب جذب شد و مولکولارسیو از خود گرما ساطع کرد، باید گفت که مولکولارسیو فعال است. در واقع هدف اصلی از فعال‌سازی مولکولارسیوها افزایش کارکرد و پایدار نگه‌داشتن آن‌هاست. در استفاده‌های معمول باید در شرایط خلأ ماده را در دمای 120 درجه سانتی‌گراد برای یک شب حرارت داد. اگر برای مصارف صنعتی در مقادیر زیاد به مولکولارسیو نیاز دارید، باید آن را در شرایط 175 تا 315 درجه سانتی‌گراد با شرایط خلأ گرم کنید.

نحوه عملکرد مولکولارسیو

ساختار کریستالی مولکولارسیو، باعث ایجاد خاصیت جذب انتخابی آن می‌شود. این ساختار به وسیله کانال‌ها و حفره‌هایی با اندازه‌های مشخص و یکنواخت به یکدیگر متصل شده‌اند. بنابراین نحوه عملکرد مولکولارسیو به این صورت است که، مولکول‌هایی که ابعاد و اندازه مناسب نسبت به اندازه کانال‌ها و حفره‌ها داشته باشند می‌توانند وارد شود و جذب سطحی حفره داخلی شود. یعنی مولکولارسیو در زمان عبور مایع و گاز، اجازه عبور ذرات بزرگ‌تر را می‌دهد اما ذرات کوچک‌تر را بر خلاف فیلترهای دیگر جذب کرده و آن‌ها را به تله می‌اندازد. یا زمانی که بخواهیم آب را از مایع یا گاز جدا کنیم، کافیست آن را از مولکولارسیو عبور دهیم تا گرفتار شود و در تخلخل ها حفظ می‌شود. در نتیجه توانایی جداسازی مولکولارسیو به دلیل داشتن این منافذ و کانال‌های یکنواخت است. اما باید بدانیم تمامی مواد جاذب‌ها تا زمان رسیدن به نقطه اشباع، قابلیت جداسازی را دارند. زمانی که مواد به اشباع رسید باید عملیات بازیابی آن‌ها شروع شود. این عملیات در مولکولارسیو با گرم کردن آن در دمای 130-250 درجه سانتی‌گراد همراه است.

مدل‌های مختلف مولکولارسیو

1. مولکولارسیو 3A

یکی از مدل‌های محبوب مولکولارسیو که امروزه از آن زیاد استفاده می‌شود، مدل 3A است که خرید آن را پیشنهاد می‌کنیم. این مدل از تبادل کاتیونی سدیم با پتاسیم به دست می‌آید. مزایای مولکولارسیو 3a این است که این ماده قدرت جذب و طول عمر بالایی دارد و مقاومت زیادی در برابر سایش دارد. از این مدل بیشتر برای خشک کردن موادی مانند اتیلن، پروپیلن، استیلن، اتانول، هوا، مبردها، گازهای طبیعی و هیدروکربن‌های غیراشباع و رطوبت‌زدایی از گازهای مبرد استفاده می‌شود. همچنین مدل 3A به طور غیر مستقیم برای تولید مجموعه محصولاتی مانند داروها، مواد شیمیایی و مواد غذایی استفاده می‌شود. علاوه بر این‌ها از مدل 3A برای جدا کردن آب از اتانول نیز می‌توان استفاده کرد.

روش احیاء مولکولارسیو 3a

عملیات احیاء مولکولارسیو 3a به دو روش گرما دادن در سیستم‌های TSA و یا با کاهش ناگهانی فشار در سیستم‌های PSA می‌باشد. این مواد برای حذف رطوبت از خود به دمای تا 230 درجه سانتی‌گراد نیاز دارد.

2. مولکولارسیو 4A

مدل 4A پیش مادهٔ مولکولارسیوهای 3A و 5A را از طریق تبادل کاتیونی پتاسیم و کلسیم فراهم می‌‌کند. این مدل یکی از مدل‌های محبوب مولکولارسیو است و استفاده از آن بسیار رایج است. از مزایای مولکولارسیو 4a می‌توان گفت مقاومت، ظرفیت جذب‌کنندگی بالایی دارد همچنین قدرت جذب بالا در برابر شرایط هیدروترمال را دارد و مقرون به صرفه است. نقطه‌ی شبنم آن پایین‌تر از مولکولارسیو 3a است و افت فشار آن کم است. مدل 4A برای خشک کردن حلال‌های آزمایشگاهی به کار گرفته می‌شود. مولکولارسیو 4A می‌تواند آب و مولکول‌های مختلف را از مواد مختلفی مانند NH3،  H2S، SO2،CO2، C2H5OH، C2H6 و C2H4 جذب کند. مهمترین کاربرد این مدل تصفیهٔ نوشیدنی‌ها و گازهاست. این مدل رطوبت را از هوای فشرده و cng حذف می‌کند و آب را از مایعات آلی و گازهایی همچون بوتان، پروپان، نیتروژن، هیدروژن، هلیوم و آرگون نیز از بین می‌برد. از آن در بی‌آب کردن سیستم عایق گازی استفاده می‌شود. روش احیاء مولکولارسیو 4a همانند روش احیاء مولکولارسیو 3a می‌باشد.

3. مولکولارسیو 5A

این مدل از خانواده‌ی سیلیکات‌های آلومینیومی به حساب می‌آید. از تبادل کاتیونی کلسیم ایجاد می‌شود. مهمترین کاربرد این مدل خالص‌سازی گاز هاست. همچنین از این ماده برای جداسازی ترکیبات و خشک کردن مواد در آزمایشگاه استفاده می‌شود. اندازهٔ منافذ در این مولکولارسیو به اندازهٔ 5 آنگستروم است که به‌طور کلی، این اندازه مجازی محدودیتی را بر روی مولکول‌های بزرگ‌تر از این اندازه اعمال می‌کند و آن‌ها را نمی‌گذراند. این ماده دارای ترکیبات شیمیایی خاصی است که در فرمول آن به شکل زیر نمایش داده می‌شود:

0.80 CaO : 0.20 Na2O : 1 Al2O3: 2.0 ± 0.1 SiO2: x H2O

از کاربردهای مولکولار سیو 5A می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• جداسازی پارافین‌ها معمولی از هیدروکربن‌های زنجیری و شاخه‌ای: این مولکولارسیو به دلیل داشتن دهانه‌های کوچک و انتخاب‌پذیری مولکول‌های کوچک‌تر، اجازه می‌دهد تا مولکول‌های با طول زنجیره مختلف را جدا کرده و تصفیه کند.
• حذف H2S، CO2 و مرکابتان‌ها از گازهای طبیعی: مولکولارسیو 5A به دلیل ویژگی‌های جذبی‌اش می‌تواند از گازهای طبیعی این ترکیبات را حذف کند و به تصفیه آن‌ها کمک کند.

در کل، مولکولار سیو 5A یکی از جاذب‌ها و مسدودکننده‌های مهم در فرایندهای جداسازی و تصفیه گازها می‌باشد.

4. مولکولارسیو 13X

مولکولارسیو 13X از زئولیت ایکس (zeolite X) تهیه می‌شود و منافذ بسیار بزرگ‌تری نسبت به مدل‌های A دارد. دارای ساختار بلوری X با دهانه‌های منافذ بزرگ (حدود 10 آنگستروم) می‌باشد. مولکولارسیو 13X به دلیل منافذ بزرگ‌تر، توانایی جذب ناخالصی‌های بزرگ‌تر را دارد. از این مدل بیشتر برای جدا کردن نتیروژن از هوا استفاده می‌شود. مولکولارسیو 13X برای گوگرد زدایی، خشک کردن و خالص‌سازی گازهای نفتی و گاز طبیعی کاربرد دارد. این مولکولارسیو دارای ترکیب شیمیایی خاصی است که در فرمول آن به شکل زیر نمایش داده می‌شود:

2.5-3.5 Na2O : Al2O3 : 4.5-6 SiO2 : x H2O

برای انتخاب مولکولارسیو باید به چه نکاتی توجه کنیم؟

بعد از اینکه متوجه شدید مولکولارسیو چیست خوب است که با نحوهٔ انتخاب مولکولارسیو مناسب آشنا شوید. مولکولارسیوها اندازه‌های بسیار مختلفی دارند. بهترین مدل مولکولارسیو مدل‌هایی هستند که دانه‌هایی کروی مانند دارند. دانه‌های کروی نسبت به هر شکل دیگر مزیت دارند. برای مثال دانه‌های کروی افت فشار بسیار پایینی دارند و نیروی جریانی را که از آن‌ها عبور داده می‌شود کاهش نمی‌دهند. علاوه بر این موارد، دانه‌های کروی شکل ساختار بسیار محکم‌تری نسبت به دیگر مدل‌ها دارند. مزیت مهم بعدی مدل‌های کروی شکل چگالی توده‌ای آن‌هاست که نسبت به دیگر مدل‌ها بسیار بیشتر است. چگالی توده‌ای بیشتر باعث می‌شود که مولکولارسیو بهتر بتواند مواد ناخالص را به خود جذب کند.

سوالات متداول

• تفاوت مولکولارسیو با دیگر مواد جاذب در چیست؟

1. مولکولارسیو قابلیت احیاءدر دمای 130-250 درجه سانتی‌گراد را دارد در حالی که مواد جاذب دیگر همچون سیلیکاژل برای احیاء به دمای 120 درجه سانتی‌گراد تا دو ساعت نیاز دارد.
2. عملکرد مولکولارسیو برای جداسازی کامل آب از گاز و یا دیگر میعانات، بر خلاف سایر مواد جاذب می‌باشد. این عملکرد بدین صورت است که آب در تخلخل‌های ماده، گرفتار می‌شود.
3. قیمت مولکولارسیو نیز به علت ویژگی هایی که نسبت به دیگر مواد جاذب دارند متفاوت است.

• مولکولارسیو شیشه دوجداره چیست و چه کاربردی دارد؟

مولکولارسیو شیشه دوجداره از اتانول ساخته شده و یک زئولیت با قطر 4 انگستروم بوده که برای نم زدایی و و افزایش راندمان جذب آب استفاده می‌گردد و مهمترین کاربردی که دارد در پنجره‌های دوجداره و سه جداره می‌باشد. پنجره‌های دوجداره شیشه‌ای قالب‌های مخصوصی جهت جلوگیری از میزان رطوبت دارد.

• مزیت استفاده از مولکولارسیو دوجداره خوب چیست؟

1. عمر بیشتر
2. نقاط شبنم پایین‌تری دارد
3. ظرفیت جذب آب بالای آن
4. سازگاری در بیشتر گازها و درزگیرهای عایق

نتیجه‌گیری

یکی از ماده‌های پرکاربرد در دنیای امروز، مولکولارسیوها هستند. این ماده در صنعت نفت، آزمایشگاه‌ها، فیلترهای آب و هوا و همچنین کاتالیز کردن مواد مختلف کاربرد دارد. مولکولارسیوها مدل‌های مختلفی دارند که هر کدام از آن‌ها یک سری ویژگی مخصوص دارند. ما در این مقاله برای آشنایی بیشتر شما با اینکه مولکولارسیو چیست، درمورد ویژگی‌ها و مدل‌های مختلف آن توضیح دادیم.