Apa perbedaan antara saringan molekuler 3A, 4A, 5A, dan 13X?

Apa itu saringan molekuler?

Saringan molekuler adalah zeolit kristalin sintetis yang atom-atomnya tersusun dalam pola tertentu. Di bagian dalamnya, struktur ini memiliki banyak rongga yang saling terhubung melalui pori-pori berukuran seragam yang lebih kecil. Pori-pori ini hanya mampu menampung dan meneruskan ke dalam rongga-rongga tersebut molekul-molekul yang berukuran sama atau lebih kecil, sehingga dinamakan saringan molekuler.

Karakteristik adsorpsi uap air sangat berbeda dengan karakteristik adsorpsi gel silika. Saringan molekuler dapat menyerap air hingga sekitar 20% berdasarkan beratnya sebelum kelembapan relatif udara di sekitarnya meningkat secara signifikan. Kenaikan lebih lanjut akan menyebabkan lonjakan besar pada kelembapan relatif.

Karakteristik-karakteristik ini memungkinkan saringan molekuler mempertahankan titik embun yang sangat rendah (-50°C untuk 10% berdasarkan berat air yang teradsorpsi). Bahan ini juga memiliki kemampuan untuk mengadsorpsi uap air dengan cepat dan mampu mempertahankan efisiensi adsorpsi yang tinggi pada suhu tinggi hingga 90°C

Saringan molekuler adalah senyawa anorganik aluminosilikat yang tahan terhadap suhu tinggi dan memiliki stabilitas termal yang baik, sehingga memudahkan proses regenerasi dan dapat digunakan kembali berkali-kali. Kerangka saringan molekuler ini tidak terurai oleh mikroorganisme atau sejenisnya. Komponen utama bagian kerangka saringan molekuler adalah tetrahedron silikon-oksigen dan tetrahedron aluminium-oksigen. Karena valensi aluminium adalah 3, valensi satu atom oksigen dalam tetrahedron aluminium-oksigen AlO₄ tidak seimbang, sehingga seluruh tetrahedron aluminium-oksigen tersebut bermuatan negatif. Untuk menjaga netralitas listrik, harus ada ion logam bermuatan positif di sekitar tetrahedron aluminium oksida guna mengimbangi muatan negatifnya. Medan listrik yang kuat terbentuk antara ion logam bermuatan positif dan kerangka saringan molekuler bermuatan negatif, yang memiliki dampak besar terhadap kinerja adsorpsi saringan molekuler. Kapasitas adsorpsi saringan molekuler terhadap zat polar jauh lebih kuat dibandingkan dengan zat non-polar. Pada saat yang sama, akibat pengaruh medan listrik yang kuat, zat-zat yang mengandung ikatan ganda atau ikatan π yang besar juga memiliki kapasitas adsorpsi yang cukup besar melalui polarisasi terinduksi. Secara umum, semakin besar muatan kation yang dibawa, semakin kecil jari-jari ioniknya, semakin kuat medan listrik yang dihasilkan, semakin besar efek induksi pada ikatan ganda, dan semakin besar pula kapasitas adsorpsi untuk zat-zat tersebut.

Saringan molekuler digunakan sebagai adsorben padat dalam industri kimia; zat-zat yang teradsorpsi dapat didesorpsi, dan saringan molekuler tersebut dapat diregenerasi setelah digunakan. Saringan molekuler juga digunakan untuk pengeringan, pemurnian, pemisahan, dan pemulihan gas serta cairan. Sejak tahun 1960-an, saringan molekuler telah digunakan sebagai katalis cracking dalam industri penyulingan minyak bumi, dan kini telah dikembangkan berbagai jenis katalis saringan molekuler yang sesuai untuk berbagai proses katalitik. Ada dua jenis saringan molekuler: zeolit alami dan zeolit sintetis.① Sebagian besar zeolit alami terbentuk melalui reaksi antara tuf vulkanik dan batuan sedimen tufak di lingkungan laut atau danau. Saat ini, terdapat lebih dari 1.000 jenis bijih zeolit, di antaranya 35 jenis yang lebih penting, sedangkan yang umum adalah klinoptilolit, mordenit, erionit, dan chabazit. Terdistribusi terutama di Amerika Serikat, Jepang, Prancis, dan negara-negara lain, Tiongkok juga menemukan sejumlah besar endapan mordenit dan klinoptilolit, sedangkan Jepang merupakan negara dengan produksi zeolit alami terbesar.② Karena zeolit alami terbatas dari segi sumber daya, zeolit sintetis telah digunakan secara luas sejak tahun 1950-an.

Apa jenis saringan molekuler zeolit yang paling umum?

Saringan molekuler tersedia dalam empat bentuk umum utama, yaitu 3A, 4A, 5A, dan 13X. Setiap bentuk memiliki sifat dan aplikasi khusus masing-masing, dan semuanya memiliki kecenderungan polar dalam proses adsorpsi air.

Berdasarkan ukuran pori yang berbeda-beda, saringan molekuler diklasifikasikan menjadi 3A, 4A, 5A, dan 13X. Saringan ini digunakan dalam industri kimia, elektronik, petrokimia, gas alam, dan sebagainya.

Rumus kimia 3A, 4A, 5A, 13X

3A: 2/3 K₂O·Al₂O₃·SiO₂·4,5H₂O

4A: Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂·4,5H₂O

5A: 3/4 CaO, 1/4 Na₂O, Al₂O₃·2SiO₂·4,5H₂O

13X: Di₂O·Al₂O₃·2,45 SiO₂·6,0H₂0

Cara kerja saringan molekuler berkaitan dengan ukuran pori-porinya. Ukuran pori-pori tersebut adalah 0,3 nm/0,4 nm/0,5 nm. Pori-pori ini dapat menyerap molekul yang ukurannya lebih kecil dari pori-pori tersebut, dan semakin besar ukurannya, semakin besar pula kapasitas adsorpsinya. Dan perbedaan ukuran pori inilah yang menentukan jenis molekul apa yang dapat diserapnya. Singkatnya, hanya molekul dengan ukuran di bawah 0,3 nm yang dapat diserap oleh saringan molekuler 3A. Saringan molekuler 4A dan 5A juga mengikuti prinsip yang sama. Satu saringan molekuler dapat menyerap kelembapan hingga 22% dari beratnya saat digunakan sebagai desikator.

Apa perbedaan antara saringan molekuler 3A, 4A, 5A, dan 13X?

Saringan molekuler 3A mBahan ini terutama menyerap air dan umumnya digunakan untuk mengeringkan gas hasil pemecahan minyak bumi, olefin, gas kilang, dan gas ladang minyak, serta sebagai desikan di industri kimia, farmasi, kaca isolasi, dan industri lainnya. Bahan ini terutama digunakan untuk mengeringkan cairan (seperti etanol), pengeringan udara pada kaca isolasi, pengeringan gas campuran nitrogen dan hidrogen, pengeringan refrigeran, dan sebagainya.

Saringan molekuler 4A Umumnya digunakan untuk mengeringkan gas alam serta berbagai gas dan cairan kimia, zat pendingin, bahan farmasi, data elektronik, dan zat-zat yang mudah menguap, memurnikan argon, serta memisahkan metana, etana, dan propana. Umumnya digunakan untuk pengeringan mendalam terhadap gas dan cairan seperti udara, gas alam, hidrokarbon, dan zat pendingin; persiapan dan pemurnian argon; pengeringan statis komponen elektronik dan bahan yang mudah rusak; serta sebagai agen penghilang air dalam cat, poliester, pewarna, dan lapisan pelindung

5A saringan molekuler Proses ini terutama digunakan untuk pengeringan gas alam, penghilangan belerang, dan penghilangan karbon dioksida; pemisahan nitrogen dan oksigen untuk menghasilkan oksigen, nitrogen, dan hidrogen; serta penghilangan lilin pada minyak bumi untuk memisahkan hidrokarbon normal dari hidrokarbon bercabang dan hidrokarbon siklik. Namun, luas permukaan spesifik yang besar dan adsorpsi polar dari saringan molekuler 5A yang dapat diperbarui memungkinkan adsorpsi mendalam terhadap air dan amonia sisa. Campuran nitrogen-hidrogen yang telah terurai dimasukkan ke dalam pengering untuk menghilangkan kelembapan sisa dan kotoran lainnya. Perangkat pemurnian ini menggunakan dua menara adsorpsi, satu menara menyerap gas dekomposisi amonia kering, sedangkan menara lainnya melepaskan kelembapan dan amonia sisa dalam keadaan dipanaskan (umumnya pada suhu 300–350) untuk mencapai tujuan regenerasi.

13X molekuldengan saringan, yang juga dikenal sebagai saringan molekuler natrium tipe X, merupakan aluminosilikat logam alkali yang memiliki derajat kebasaan tertentu dan termasuk dalam golongan basa padat. Ukuran pori 3,64 Å lebih kecil daripada ukuran molekul apa pun yang melebihi 10 Å. Saringan molekuler 13x terutama digunakan dalam pemurnian gas pada unit pemisahan udara untuk menghilangkan air dan karbon dioksida, serta pengeringan dan penghilangan belerang pada gas alam, gas minyak cair (LPG), dan hidrokarbon cair. Pengeringan mendalam gas secara umum.

Bagaimana cara membuat 3A dan 5A dari Saringan Molekuler 4A?

Bahan ini diperoleh dengan mengganti ion natrium dalam struktur saringan molekuler 4A (bentuk natrium dari zeolit tipe A) dengan ion kalium, sehingga ukuran pori efektif berkurang menjadi 3Å. Saringan molekuler 3A terutama digunakan sebagai desikan dalam gas hasil pemecahan minyak, olefin, gas kilang, gas sumur minyak, industri kimia, farmasi, kaca isolasi, pengeringan cairan (alkohol), kaca isolasi, pengeringan gas campuran nitrogen dan hidrogen, pengeringan desikan, pengeringan refrigeran, dan sebagainya. Uap air dan molekul berukuran di bawah 3Å dapat diadsorpsi oleh saringan molekuler 3A.

Dari bentuk ini, diperoleh saringan molekuler dengan ukuran pori 3Å dan 5Å, yang masing-masing menggantikan ion natrium dengan ion kalium dan kalsium. Saringan molekuler 4A dapat menyerap kelembapan, NH₃, H₂S, SO₂, karbon dioksida, C₂H₅OH, C₂H₆, C₂H₄ dan molekul-molekul lain dalam kategori 4A. Saringan molekuler 4A terutama digunakan untuk pengeringan gas alam, sebagian besar jenis gas dan cairan, zat pendingin, obat-obatan, peralatan digital, serta zat-zat yang mudah menguap; saringan ini juga mampu melakukan pemurnian argon serta pemisahan metana, etana, dan propana. Aplikasi lainnya meliputi pengeringan mendalam udara dan hidrokarbon, serta berfungsi sebagai penghilang air dalam cat, poliester, pewarna, dan lapisan pelindung.

Bahan ini diperoleh dengan mengganti ion natrium dalam struktur saringan molekuler 4A dengan ion kalsium, sehingga ukuran pori efektifnya dapat ditingkatkan menjadi 5Å. Saringan molekuler 5A dapat menyerap molekul apa pun yang ukurannya lebih kecil daripada porinya. Selain memiliki karakteristik yang sama dengan 3A dan 4A, 5A juga dapat menyerap C₃-C₄ n-alkana, etil klorida, etil bromida, butanol, dll. Selain itu, saringan molekuler 5A dapat digunakan dalam pemisahan hidrokarbon isomer n, adsorpsi ayunan tekanan, serta ko-adsorpsi air dan karbon dioksida. Aplikasi utama saringan molekuler 5A meliputi pengeringan gas alam, adsorpsi belerang dan CO₂, pemisahan nitrogen dan oksigen, serta produksi oksigen, nitrogen, dan hidrogen. Selain itu, penghilangan lilin pada minyak bumi serta pemisahan hidrokarbon normal dari hidrokarbon bercabang dan siklik juga merupakan dua keunggulan khusus dari 5A. Adapun untuk regenerasi 5A, luas permukaan spesifik dan kapasitas adsorpsi yang besar dapat berkontribusi pada adsorpsi mendalam terhadap air dan amonia. Hidrokarbon yang telah terurai kemudian masuk ke pengering untuk menghilangkan sisa kelembapan dan kotoran lainnya. Peralatan pemurnian ini terdiri dari dua menara adsorpsi. Satu menara untuk gas dekomposisi amonia kering dan menara lainnya untuk kelembapan serta sisa amonia dalam kondisi regenerasi (biasanya pada suhu 300–350 °C).

Saringan molekuler 13X juga dikenal sebagai saringan molekuler tipe X. Bahan ini merupakan bentuk natrium dari zeolit X, yang pori-porinya lebih besar daripada zeolit tipe A (saringan molekuler 4A). Zeolit ini merupakan aluminosilikat logam alkali yang memiliki tingkat alkalinitas tertentu dan termasuk dalam kelas alkali padat. Ukuran pori zeolit ini adalah 10Å dan mampu mengadsorpsi molekul dengan ukuran antara 3,64Å hingga 10Å. Aplikasi utama 13X adalah pemurnian gas dengan cara menyerap kelembapan dan karbon dioksida dalam unit pemisahan udara, pengeringan dan penghilangan sulfur pada gas alam, LNG, dan hidrokarbon cair, serta pengeringan mendalam pada gas normal. Saringan ini juga dapat digunakan sebagai pembawa katalis, adsorpsi bersama air dan karbon dioksida, serta adsorpsi bersama air dan H₂Gas S.

Jenis saringan molekuler lain yang kurang umum adalah Saringan Molekuler 10X, yang memiliki ukuran pori 8A dan digunakan untuk pengeringan serta penghilangan belerang pada gas dan cairan, serta pemisahan hidrokarbon aromatik. Kita juga dapat menemukan saringan molekuler yang lebih spesifik yang dirancang berdasarkan zeolit lainnya. Saringan molekuler tersedia dalam berbagai bentuk dan ukuran partikel, dengan bentuk yang paling umum adalah bola dan pelet. Bola memiliki beberapa keunggulan, seperti kepadatan muatannya yang lebih tinggi daripada pelet, sehingga dalam volume yang sama kita dapat memuat lebih banyak produk, yang memperpanjang masa pakai adsorben. Selain itu, karena tidak memiliki tepi tajam, bola lebih tahan terhadap abrasi, sehingga menghasilkan lebih sedikit partikel halus dan mencegah peningkatan penurunan tekanan dalam lapisan adsorben.