מה הם המאפיינים של נפות מולקולריות זאוליט?

מסננת מולקולרית זאוליט היא סוג של חומר אלומינוסיליקט המופיע באופן טבעי או מסונתז מלאכותי עם גודל נקבוביות אחיד ותעלות רגילות. למסננת המולקולרית של סיליקה-אלומינה יש טטרהדרון סיליקון-חמצן וטטרהדרון אלומיניום-חמצן כמבנה הבסיסי שלה. המבנה הפנימי העיקרי שלו הוא המבנה הבסיסי דרך הטבעות מרובות איברים הנוצרות על ידי גשרי חמצן מחוברים וטבעות מרובות איברים מחוברות ליצירת נקבוביות שונות בין כלובים. גודל הנקבוביות ניתן לשליטה, קוטר הנקבוביות יציב ויחיד, ושטח הפנים הספציפי גדול.
למסננות מולקולריות זאוליט יש מבנה ומאפיינים של גבישים, עם שלד מוצק על פני השטח ובתוכם נקבוביות שיכולות לספוג מולקולות. יש תעלות המקשרות בין החורים, ומולקולות עוברות דרך התעלות. בשל האופי הגבישי של הנקבוביות, למסננות מולקולריות יש חלוקת גודל נקבוביות אחידה. נפות מולקולריות סופגות מולקולות באופן סלקטיבי על סמך גודל הנקבוביות בתוך הגבישים שלהן, כלומר, הן סופגות מולקולות בגודל מסוים ודוחות מולקולות של חומרים גדולים יותר, ולכן הן נקראות בצורה חיה "מסננות מולקולריות".
ניתן להשתמש במסננות מולקולריות מסורתיות כחומרי ייבוש, סופחים ומחליפים יונים. תפקוד הספיחה או הדחייה של נפות מולקולריות מושפע מהתכונות החשמליות של המולקולות. לזאוליטים סינתטיים יש פונקציה של ספיחה סלקטיבית המבוססת על גודל וקוטביות של מולקולות, כך שהם יכולים לייבש או לטהר גזים או נוזלים. זהו גם הבסיס להפרדת מסננת מולקולרית. זאוליטים סינתטיים יכולים לענות על הצרכים הנרחבים של התעשייה למוצרים בעלי תכונות ספיחה וסלקטיביות. נפות מולקולריות זאוליט סינתטיות נמצאות בשימוש נרחב גם בהפרדות תעשייתיות.
להשפעת הספיחה של נפות מולקולריות זאוליט יש שני מאפיינים:
(1) מרכז לואיס על פני השטח קוטבי מאוד;
(2) גודל הכלוב או התעלה בזאוליט קטן, מה שהופך את שדה הכבידה בתוכו לחזק מאוד. לכן, יכולת הספיגה שלו למולקולות ספיחה גדולה בהרבה מזו של סוגים אחרים של סופחים. גם אם הלחץ החלקי (או הריכוז) של האדסורבט נמוך מאוד, כמות הספיחה עדיין ניכרת. השפעת הספיחה וההפרדה של מסננות מולקולריות זאוליט קשורה לא רק לגודל ולצורה של מולקולות האדסורבט, אלא גם לקוטביות שלהן. לכן, ניתן להשתמש במסננות מולקולריות זאוליט גם עבור מולקולות של חומרים בגדלים דומים.
למסננת מולקולרית מסוג A בין נפות מולקולריות זאוליט יש מבנה גבישי מעוקב הדומה ל-NaCl. אם כל Na+ ו-Cl- בסריג NaCl מוחלפים בכלובים, וכלובים סמוכים מחוברים לכלובים, ניתן לקבל את המבנה הגבישי של מסננת מולקולרית מסוג A. שמונה כלובים מחוברים ליצירת מבנה סודליט. אם כלוב משמש כחיבור גשר, מתקבל מבנה מסננת מולקולרית מסוג A. יש כלוב גדול במרכז. לתעלה בין הכלובים יש חלון טבעת בעל שמונה אברים בקוטר 4Å, ולכן הוא נקרא מסננת מולקולרית 4A.
אם 70% מיוני הנתרן במסננת המולקולרית 4A מוחלפים Ca2+, ניתן להגדיל את הטבעת בעלת שמונה האיברים ל-5Å, והזאוליט המקביל נקרא מסננת מולקולרית 5A. להיפך, אם 70% מ-Na+ מוחלפים ב-K+, גודל הנקבוביות של הטבעת בעלת שמונה האיברים מצטמצם ל-3Å, והזאוליט המקביל נקרא מסננת מולקולרית 3A.
למסננות מולקולריות מסוג X ו-Y יש מבנה גבישי משושה צפוף בדומה ליהלום. אם כלובים משמשים כיחידה מבנית, צמתי אטומי הפחמן של היהלום מוחלפים, ושני כלובים סמוכים מחוברים לכלובים גליליים משושה, כלומר, 4 כלובים גליליים משושה משמשים לחיבור 5 כלובים, וכלוב אחד נמצא במרכז. , ארבעת הכלובים הנותרים ממוקמים בקודקודים של הטטרהדרון הרגיל, ויוצרים מבנה גבישי זאוליט אוקטהדרלי.
על ידי המשך חיבור המבנה הזה, נקבל מבני מסננת מולקולרית מסוג X ו-Y. במבנה זה, הכלוב הגדול שנוצר על ידי הכלוב וכלוב העמוד המשושה הוא כלוב זאוליט פאוג'סיטי, והחלונות המחוברים ביניהם הם טבעות בנות שנים עשר, וגודל הנקבוביות הממוצע שלהן הוא 0.74nm. זהו גודל הנקבוביות של מסננת מולקולרית מסוג X וסוג Y. ההבדל העיקרי בין שני הדגמים הללו הוא יחס Si/Al, שהוא 1~1.5 עבור סוג X ו-1.5~3.0 עבור סוג Y.
בשנים האחרונות נעשה שימוש נרחב במסננות מולקולריות של זאוליט בהפרדת ספיחה, קטליזה ותחומים נוספים בשל המבנה והתכונות שלהן. הוא נמצא בשימוש נרחב בחיי היומיום ובתחומי התעשייה. לדוגמה, בתחום הרפואי, ניתן להשתמש במסננות מולקולריות של זאוליט כסופחי יונים ותוספים אנטיבקטריאליים, נשאי תרופות בשחרור איטי/מבוקר, אנזימים מדומים ובייו-חיישנים. בתחום הפטרוכימי ניתן להשתמש במסננות מולקולריות של זאוליט להסרת גופרית, דניטריפיקציה של מוצרי נפט והפרדה של נפטא. לכן, יצרני מסננות מולקולריות רבים עדיין מחויבים למחקר של מסננות מולקולריות זאוליט. מסננות מולקולריות זאוליט ישנות ומשנות את התעשייה הכימית ואת המין האנושי. חַיִים.