Molekularsieb
Was ist Molekularsieb?
Molekularsiebe bzw. Zeolithe sind kristalline Alummosilikate, deren Kristallwasser ohne nennenswerte Schädigung dees Gitters, durch Wärmeentwicklung entfernt werden kann. Sie werden für ihre Anwendung in Adsorptionsanlagen meist zu Granulaten verformt. Zeolithe können synthetich hergestellt werden. Natürlich vorkommende Zeolithe sind Chabasit, Mordenit, Erionit oder Klinoptilolit. In der Adsorptionstechnik werden aber meist die synthetisch hergestellten Zeolithe verwendet, die aus einer Mischung aus Natruiumaluminat und Wasserglas, bzw. aus Metakaolin und Natronlaufe hergestellt werden. Am häufigsten werden Zeolithe vom Typ A und X eingesetzt.
Die Porengröße bestimmt die Durchlässigkeit des Adsorptionsmittels. Die einheitliche Struktur ermöglicht eine große spezifische Oberfläche von bis zu 1250 m²/g.
Im Gegensatz zu Silicagel hat Molekularsieb keinen Farbindikator. Daher liegt die Regenerationstemperatur bei 300 °C. Die maximale Belastung ändert sich nicht mit der Anzahl der Regenerationszyklen.
Typ A
Die Elemetarzelle des Zeolith A ist kubisch. Das Gitter besteht aus Alumosilikat-Kubooktaedern, wober jeder Kubooktaeder über Sauerstoffbrücken mit sechs weiteren Kubookotaedern verbunden ist.
Die Kubooktaeder werden aus Si02 und Al04 Tetraedern gebildet. Durch die Dreiwertigkeit des Aluminiums ist der Al04> Tetraeder negativ geladen- Dadurch können Kationen – z.B. solche der Alkali- und Erdalkaligruppe gebunden werden. Diese Kationen finden sich in den Hohlräumen und auch im Bereich der Poren.
Typ X
Die Elementarzelle des Zeolith X besteht ebenfalls aus Alumosilicat-Kubooktoedern – nur entsteht durch eine andersartige Verknüpfung eine tetraedrische Anordnung, die sogenannte Faujasitstruktur.
Molekularsiebe im Vergleich
Molekularsieb 3A
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Kationen: K+
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Tatsächliche Porengröße: 0,3nm
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Effektive Porengröße: 0,38nm
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Schüttdichte: 0,67kg/l
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Korngröße: 3-5mm
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Porenvolumen: 0,35-0,70ml/g
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Bruchfestigkeit: >70N
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Spezifische Oberfläche: 500-1000qm/g
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575°C Glühverlust: <1,5%
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Abriebrate <0,25%
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Wasseraufnahmekapazität: >210ml/kg
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Regenerationstemperatur: 300°C
Molekularsieb 4A
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Kationen: Na+
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Tatsächliche Porengröße: 0,42nm
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Effektive Porengröße: 0,42nm
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Schüttdichte: 0,67kg/l
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Korngröße: 1,6-2,5mm & 3-5mm
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Porenvolumen: 0,35-0,70ml/g
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Bruchfestigkeit: >80N
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Spezifische Oberfläche: 500-1000qm/g
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575°C Glühverlust <1,5%
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Abriebrate: <0,25%
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Wasseraufnahmekapazität >230ml/kg
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Regenerationstemperatur: 300°C
Molekularsieb 5A
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Kationen: Ca+
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Tatsächliche Porengröße: 0,5nm
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Effektive Porengröße: 0,5nm
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Korngröße: 3-5mm
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Schüttdichte: 0,67kg/l
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Porenvolumen: 0,35-0,70ml/g
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Bruchfestigkeit: >80N
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Spezifische Oberfläche: 500-1000 m2/g
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575°C Glühverlust: <1,5%
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Abriebrate: <0,25%
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Wasseraufnahmekapazität: >230ml/kg
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Regenerationstemperatur: 300°C
Molekularsieb 13X
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Kationen: Na+
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Tatsächliche Porengröße: 0,75nm
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Effektive Porengröße: 0,9-1,0nm
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Korngröße: 3-5mm
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Schüttdichte: 0,60 kg/l
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Porenvolumen: 0,35-0,70ml/g
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Bruchfestigkeit: >60N
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Spezifische Oberfläche: 650-1250 qm/g
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575°C Glühverlust: <2,0%
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Abriebrate: <0,2%
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Wasseraufnahmekapazität: >270ml/kg
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Regenerationstemperatur: 300°C
Adsorbierbarkeit verschiedener Stoffe an Molekularsieben
| Kritischer Moleküldurchmesser | 3A | 4A | 5A | 13X | |
|---|---|---|---|---|---|
| He | 2,0 | X | X | X | X |
| Ne | 3,2 | X | X | X | |
| Ar | 3,8 | X | X | X | |
| Kr | 3,9 | X | X | X | |
| Xe | 4,7 | X | X | ||
| H2 | 2,4 | X | X | X | X |
| O2 | 2,9 | X | X | X | |
| N2 | 3,0 | X | X | X | |
| H2O | 2,6 | X | X | X | X |
| CO | 3,2 | X | X | X | |
| CO2 | 2,8 | (X) | X | X | X |
| NH3 | 3,8 | (X) | X | X | X |
| H2S | 3,6 | (X) | X | X | X |
| CH3OH | 4,4 | (X) | X | X | X |
| CH4 | 4,0 | X | X | X | |
| C2H2 | 3,0 | X | X | X | |
| C2H4 | 4,3 | X | X | X | |
| C3H6 | 5,0 | X | X | X | |
| C2H6 | 4,4 | X | X | X | |
| C2H5OH | 4,4 | (X) | X | X | X |
| SO2 | 4,3 | X | X | X | |
| C2H6 | 4,4 | X | X | X | |
| C2H3OH | 4,4 | X | X | X | |
| C3H8 + höhere n-Paraffine | 4,9 | X | X | ||
| CF4 | 5,3 | X | |||
| C2F6 | 5,3 | X | |||
| C3H10 + höhere i-Paraffine | 5,6 | X | |||
| C6H6 | 6,7 | X | |||
| C7H8 | 6,7 | X | |||
| SF6 | 6,7 | X | |||
| CCl4 | 6,9 | X | |||
| C(CH3)4 | 6,9 | X | |||
| C2Cl6 | 6,9 | X | |||
| Cl2 | 8,2 | X | |||
| iC4 und höhere | 5,6 | X | |||
| i-Paraffine | |||||
| Benzol | 6,7 | X | |||
| Toluol | 6,7 | X |
Merkmale kommerzieller Zeolithe
| Zeolith Typ | Zeolith Typ | Nominaler Poren Durchmesser (Å) |
|---|---|---|
| 3A | K | 3 |
| 4A | Na | 3,9 |
| 5A | Ca | 4,3 |
| 13X | Na | 8 |
| Y | K | 8 |
| Mordenite | Na | 7 |
| ZSM-5 | Na | 6 |
| Silicalite | - | 6 |
