Setacci molecolari

Setacci molecolari 4A

I setacci molecolari sono materiali che possono separare molecole in base alle dimensioni. Questa capacità è basata sulla presenza nel materiale di minuscoli pori di dimensione esatta e uniforme, con un diametro compreso tra 3 e 10 Å a seconda del materiale. I setacci molecolari hanno un'area superficiale molto elevata all'interno dei pori (600–700 m²/g). Le molecole con dimensioni maggiori dei pori non possono entrare nel materiale. Le molecole con dimensioni abbastanza piccole da penetrare attraverso i pori possono entrare nel materiale; in genere molecole polari sono adsorbite sulla superficie interna dei pori e restano intrappolate, mentre molecole apolari non sono trattenute.

I materiali più utilizzati come setacci molecolari sono alluminosilicati e in particolare le zeoliti, sia naturali che sintetiche (permutiti). Altri materiali come alluminofosfati o cianocomplessi polimerici hanno una struttura porosa in linea di principio adatta come setacci molecolari, ma sinora non sono stati utilizzati in applicazioni tecniche.

Tipologie principali

• 3A (diametro dei pori 3 Å): Adsorbe NH₃, H₂O, (non C₂H₆). Utile per seccare liquidi polari.
• 4A (diametro dei pori 4 Å): Adsorbe H₂O, CO₂, SO₂, H₂S, C₂H₄, C₂H₆, C₃H₆, etanolo. Non assorbe C₃H₈ e idrocarburi superiori. Utile per seccare liquidi e gas non polari.
• 5A (diametro dei pori 5 Å): Adsorbe idrocarburi lineari fino a n-C₄H₁₀, alcoli fino a C₄H₉OH, mercaptani fino a C₄H₉SH. Non vengono adsorbiti isoidrocarburi e strutture ad anello con più di quattro atomi di carbonio.
• 10x (diametro dei pori 8 Å): Adsorbe idrocarburi ramificati e aromatici. Utili per seccare gas.
• 13x (diametro dei pori 10 Å): Adsorbe di-n-butilammina (ma non la tri-n-butilammina). Utile per seccare HMPA.

Utilizzi

I setacci molecolari sono disponibili in commercio come polveri, barre o perline, e sono usati comunemente in varie applicazioni tecnologiche:

• come essiccanti, per rimuovere acqua sia da solventi che da gas, sia in campo industriale che in laboratorio; ad esempio l'acqua è una molecola piccola e polare, che può facilmente entrare attraverso i pori di un setaccio molecolare scelto opportunamente, rimanendovi intrappolata; una volta esauriti, i setacci molecolari possono in genere essere rigenerati facilmente rimuovendo l'acqua adsorbita per riscaldamento (130–250 °C) sotto vuoto;
• per la purificazione di gas; esistono molti utilizzi in questo campo: ad esempio i setacci molecolari sono usati per rimuovere CO₂, H₂S e prodotti azotati dal gas naturale;
• per la separazione di gas, per la separazione di alcani lineari da isoalcani;
• per separazioni in fase liquida; ad esempio per isolare idrocarburi C₅–C₁₁ dalla nafta, o per separare fruttosio da saccarosio e altri zuccheri.

Bibliografia

• C. D. Williams, Zeolites, in Encyclopedia of inorganic chemistry, 2ª ed., John Wiley & Sons, 2005.
• X. Wang, X. Bu e P. Feng, Porous inorganic materials, in Encyclopedia of inorganic chemistry, 2ª ed., John Wiley & Sons, 2005.
• T. P. Hanusa, Cyanide complexes of the transition metals, in Encyclopedia of inorganic chemistry, 2ª ed., John Wiley & Sons, 2005.

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Collegamenti esterni

• (EN) molecular sieve, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.