आणविक छलनी एक ऐसी सामग्री है जिसमें एकसमान आकार के छिद्र (बहुत छोटे छेद) होते हैं।

आणविक छलनी एक ऐसा पदार्थ है जिसमें एकसमान आकार के छिद्र (बहुत छोटे छेद) होते हैं। इन छिद्रों का व्यास छोटे अणुओं के आकार के समान होता है, इसलिए बड़े अणु इनमें प्रवेश नहीं कर सकते या अधिशोषित नहीं हो सकते, जबकि छोटे अणु कर सकते हैं। जब अणुओं का मिश्रण छलनी (या मैट्रिक्स) नामक छिद्रयुक्त, अर्ध-ठोस पदार्थ के स्थिर तल से होकर गुजरता है, तो सबसे अधिक आणविक भार वाले घटक (जो आणविक छिद्रों में प्रवेश नहीं कर सकते) सबसे पहले तल से बाहर निकलते हैं, उसके बाद उत्तरोत्तर छोटे अणु निकलते हैं। कुछ आणविक छलनी का उपयोग आकार-अपवर्जन क्रोमैटोग्राफी में किया जाता है, जो अणुओं को उनके आकार के आधार पर छांटने की एक तकनीक है। अन्य आणविक छलनी का उपयोग प्रशीतन (डेसिकेंट) के रूप में किया जाता है (कुछ उदाहरणों में सक्रिय चारकोल और सिलिका जेल शामिल हैं)।
आणविक छलनी के छिद्र व्यास को एंगस्ट्रॉम (Å) या नैनोमीटर (nm) में मापा जाता है। IUPAC संकेतन के अनुसार, सूक्ष्म छिद्रयुक्त पदार्थों के छिद्र व्यास 2 nm (20 Å) से कम होते हैं और वृहद छिद्रयुक्त पदार्थों के छिद्र व्यास 50 nm (500 Å) से अधिक होते हैं; इस प्रकार मध्य छिद्रयुक्त श्रेणी इन दोनों के बीच आती है, जिनके छिद्र व्यास 2 से 50 nm (20–500 Å) के बीच होते हैं।
सामग्री
आणविक छलनी सूक्ष्म छिद्रयुक्त, मध्यम छिद्रयुक्त या स्थूल छिद्रयुक्त पदार्थ हो सकती हैं।
सूक्ष्म छिद्रयुक्त सामग्री (
●जियोलाइट्स (एल्युमिनोसिलिकेट खनिज, एल्युमिनियम सिलिकेट से भ्रमित न हों)
●ज़ियोलाइट एलटीए: 3–4 Å
● छिद्रयुक्त कांच: 10 Å (1 एनएम) और इससे अधिक
● सक्रिय कार्बन: 0–20 Å (0–2 nm), और इससे ऊपर
●मिट्टी
●मोंटमोरिलोनाइट अंतर्मिश्रण
●हैलोयसाइट (एंडेलाइट): इसके दो सामान्य रूप पाए जाते हैं। हाइड्रेटेड अवस्था में इसकी परतों के बीच 1 एनएम का अंतर होता है, जबकि डिहाइड्रेटेड अवस्था (मेटा-हैलोयसाइट) में यह अंतर 0.7 एनएम होता है। हैलोयसाइट प्राकृतिक रूप से छोटे सिलेंडरों के रूप में पाया जाता है, जिनका औसत व्यास 30 एनएम और लंबाई 0.5 से 10 माइक्रोमीटर के बीच होती है।
मेसोपोरस पदार्थ (2–50 एनएम)
सिलिकॉन डाइऑक्साइड (सिलिका जेल बनाने में प्रयुक्त): 24 Å (2.4 एनएम)
वृहद छिद्रयुक्त पदार्थ (>50 एनएम)
मैक्रोपोरस सिलिका, 200–1000 Å (20–100 एनएम)
आवेदन[संपादित करें]
पेट्रोलियम उद्योग में, विशेष रूप से गैसों को सुखाने के लिए, आणविक छलनी का उपयोग अक्सर किया जाता है। उदाहरण के लिए, तरल प्राकृतिक गैस (एलएनजी) उद्योग में, बर्फ या मीथेन क्लैथ्रेट के कारण होने वाली रुकावटों को रोकने के लिए गैस में पानी की मात्रा को 1 पीपीएमवी से कम करना आवश्यक होता है।
प्रयोगशाला में, विलायक को सुखाने के लिए आणविक छलनी का उपयोग किया जाता है। यह सिद्ध हो चुका है कि छलनी पारंपरिक सुखाने की तकनीकों से बेहतर हैं, जिनमें अक्सर आक्रामक जलनाशकों का उपयोग किया जाता है।
ज़ियोलाइट्स शब्द के अंतर्गत, आणविक छलनी का उपयोग उत्प्रेरक अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए किया जाता है। ये आइसोमेराइज़ेशन, एल्किलीकरण और एपॉक्सीडेशन को उत्प्रेरित करते हैं, और हाइड्रोक्रैकिंग और द्रव उत्प्रेरक क्रैकिंग सहित बड़े पैमाने पर औद्योगिक प्रक्रियाओं में उपयोग किए जाते हैं।
इनका उपयोग श्वसन यंत्रों के लिए वायु आपूर्ति के निस्पंदन में भी किया जाता है, उदाहरण के लिए स्कूबा गोताखोरों और अग्निशामकों द्वारा उपयोग किए जाने वाले यंत्रों में। ऐसे अनुप्रयोगों में, वायु एक वायु कंप्रेसर द्वारा आपूर्ति की जाती है और एक कार्ट्रिज फिल्टर से होकर गुजरती है, जो उपयोग के आधार पर, आणविक छलनी और/या सक्रिय कार्बन से भरा होता है, और अंत में श्वसन वायु टैंकों को भरने के लिए उपयोग किया जाता है। इस प्रकार का निस्पंदन श्वसन वायु आपूर्ति से कणों और कंप्रेसर से निकलने वाले अपशिष्ट पदार्थों को हटा सकता है।
एफडीए की मंजूरी।
अमेरिकी एफडीए ने 1 अप्रैल, 2012 को 21 सीएफआर 182.2727 के तहत उपभोग्य वस्तुओं के सीधे संपर्क के लिए सोडियम एल्युमिनोसिलिकेट को मंजूरी दे दी है। इस मंजूरी से पहले यूरोपीय संघ फार्मास्यूटिकल्स के साथ आणविक छलनी का उपयोग कर रहा था और स्वतंत्र परीक्षण से पता चला था कि आणविक छलनी सभी सरकारी आवश्यकताओं को पूरा करती है, लेकिन उद्योग सरकारी मंजूरी के लिए आवश्यक महंगे परीक्षण के लिए धन देने को तैयार नहीं था।
उत्थान
आणविक छलनी के पुनर्जनन की विधियों में दबाव परिवर्तन (जैसे ऑक्सीजन सांद्रक में), वाहक गैस से गर्म करना और शुद्धिकरण (जैसे इथेनॉल निर्जलीकरण में उपयोग किया जाता है), या उच्च निर्वात में गर्म करना शामिल हैं। आणविक छलनी के प्रकार के आधार पर पुनर्जनन तापमान 175 °C (350 °F) से 315 °C (600 °F) तक होता है। इसके विपरीत, सिलिका जेल को एक सामान्य ओवन में 120 °C (250 °F) पर दो घंटे तक गर्म करके पुनर्जनित किया जा सकता है। हालांकि, कुछ प्रकार के सिलिका जेल पर्याप्त पानी के संपर्क में आने पर फूट जाते हैं। ऐसा पानी के संपर्क में आने पर सिलिका के गोलों के टूटने के कारण होता है।

नमूना	छिद्र का व्यास (एंगस्ट्रॉम)	थोक घनत्व (ग्राम/मिलीलीटर)	अवशोषित जल (% w/w)	घिसाव या घर्षण, W(% w/w)	प्रयोग
3Å	3	0.60–0.68	19–20	0.3–0.6	सुखानाकापेट्रोलियम क्रैकिंगगैस और एल्कीन में H2O का चयनात्मक अधिशोषणइन्सुलेटेड ग्लास (आईजी)और पॉलीयुरेथेन, सुखानेएथेनॉल ईंधनपेट्रोल में मिलाने के लिए।
4Å	4	0.60–0.65	20–21	0.3–0.6	जल का अधिशोषणसोडियम एल्युमिनोसिलिकेटजो एफडीए द्वारा अनुमोदित है (देखेंनीचेइसका उपयोग चिकित्सा कंटेनरों में आणविक छलनी के रूप में सामग्री को सूखा रखने के लिए किया जाता है और साथ हीखाद्य योज्यहोनाई संख्याई-554 (एंटी-केकिंग एजेंट); बंद तरल या गैस प्रणालियों में स्थिर निर्जलीकरण के लिए पसंदीदा, उदाहरण के लिए, दवाओं, विद्युत घटकों और नाशवान रसायनों की पैकेजिंग में; मुद्रण और प्लास्टिक प्रणालियों में जल निकासी और संतृप्त हाइड्रोकार्बन धाराओं को सुखाने में। अधिशोषित प्रजातियों में SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 और C3H6 शामिल हैं। आमतौर पर ध्रुवीय और गैर-ध्रुवीय माध्यमों में एक सार्वभौमिक सुखाने वाले एजेंट के रूप में माना जाता है;[12]इसका विभाजनप्राकृतिक गैसऔरएल्कीनगैर-नाइट्रोजन संवेदनशील पदार्थों में जल का अधिशोषणpolyurethane
5Å-DW	5	0.45–0.50	21–22	0.3–0.6	ग्रीसिंग और पोर पॉइंट डिप्रेशनविमानन मिट्टी का तेलऔरडीजलऔर एल्कीन पृथक्करण
5Å छोटा ऑक्सीजन-समृद्ध	5	0.4–0.8	≥23		चिकित्सा या स्वास्थ्य संबंधी उद्देश्यों के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन किया गया ऑक्सीजन जनरेटर।प्रशस्ति - पत्र आवश्यक]
5Å	5	0.60–0.65	20–21	0.3–0.5	वायु का निर्जलीकरण और शुद्धिकरण;निर्जलीकरणऔरसल्फर-मुक्तिप्राकृतिक गैस औरतरल पेट्रोलियम गैस;ऑक्सीजनऔरहाइड्रोजनद्वारा उत्पादनदबाव डालकर पोछते हुए सोखनाप्रक्रिया
10 गुना	8	0.50–0.60	23–24	0.3–0.6	उच्च-दक्षता वाली सोखने की प्रक्रिया, जिसका उपयोग गैस और तरल पदार्थों के शुष्कीकरण, कार्बन-मुक्तिकरण, सल्फर-मुक्तिकरण और पृथक्करण में किया जाता है।सुगंधित हाइड्रोकार्बन
13X	10	0.55–0.65	23–24	0.3–0.5	पेट्रोलियम गैस और प्राकृतिक गैस का शुष्कीकरण, सल्फर-मुक्ति और शुद्धिकरण
13X-AS	10	0.55–0.65	23–24	0.3–0.5	कार्बन उत्सर्जनवायु पृथक्करण उद्योग में शुष्कीकरण, ऑक्सीजन सांद्रक में ऑक्सीजन से नाइट्रोजन का पृथक्करण
Cu-13X	10	0.50–0.60	23–24	0.3–0.5	मीठा(हटाना)थायोल्स) काविमानन ईंधनऔर संबंधिततरल हाइड्रोकार्बन

अधिशोषण क्षमताएँ

3Å

लगभग रासायनिक सूत्र: ((K2O)2⁄3 (Na2O)1⁄3) • Al2O3 • 2 SiO2 • 9/2 H2O

सिलिका-एल्यूमिना अनुपात: SiO2/ Al2O3≈2

उत्पादन

3A आणविक छलनी का उत्पादन धनायन विनिमय द्वारा किया जाता है।पोटेशियमके लिएसोडियम4A आणविक छलनी में (नीचे देखें)

प्रयोग

3Å आणविक छलनी 3 Å से अधिक व्यास वाले अणुओं को अवशोषित नहीं करती हैं। इन आणविक छलनी की विशेषताओं में तीव्र अवशोषण गति, बार-बार पुनर्जनन क्षमता और अच्छा कुचलने का प्रतिरोध शामिल हैं।प्रदूषण प्रतिरोधये विशेषताएं छलनी की दक्षता और जीवनकाल दोनों को बेहतर बना सकती हैं। 3Å आणविक छलनी पेट्रोलियम और रासायनिक उद्योगों में तेल शोधन, बहुलकीकरण और रासायनिक गैस-तरल गहन सुखाने के लिए आवश्यक निर्जलीकरण कारक हैं।

3Å आणविक छलनी का उपयोग कई प्रकार की सामग्रियों को सुखाने के लिए किया जाता है, जैसे किइथेनॉल, वायु,रेफ़्रिजरेंट,प्राकृतिक गैसऔरअसंतृप्त हाइड्रोकार्बनइनमें गैस का विखंडन शामिल है।एसिटिलीन,ईथीलीन,प्रोपलीनऔरbutadiene.

3Å आणविक छलनी का उपयोग इथेनॉल से पानी को हटाने के लिए किया जाता है, जिसका उपयोग बाद में सीधे जैव-ईंधन के रूप में या अप्रत्यक्ष रूप से विभिन्न उत्पादों जैसे रसायन, खाद्य पदार्थ, फार्मास्यूटिकल्स आदि के उत्पादन में किया जा सकता है। चूंकि सामान्य आसवन प्रक्रिया से इथेनॉल प्रक्रिया धाराओं से सारा पानी (इथेनॉल उत्पादन का एक अवांछित उप-उत्पाद) नहीं निकल पाता है, क्योंकि एक अवक्षेप बन जाता है।एज़ियोट्रोपलगभग 95.6 प्रतिशत भार सांद्रता पर, आणविक छलनी (मॉलिक्यूलर सीव) मोतियों का उपयोग एथेनॉल और पानी को आणविक स्तर पर अलग करने के लिए किया जाता है। इसमें पानी मोतियों में समा जाता है और एथेनॉल स्वतंत्र रूप से गुजर जाता है। एक बार जब मोती पानी से भर जाते हैं, तो तापमान या दबाव को नियंत्रित करके पानी को इन मोतियों से मुक्त किया जा सकता है।[15]

3Å आणविक छलनी को कमरे के तापमान पर, 90% से अधिक सापेक्ष आर्द्रता के बिना संग्रहित किया जाता है। इन्हें कम दबाव में सीलबंद करके रखा जाता है और पानी, अम्ल और क्षार से दूर रखा जाता है।

4Å

रासायनिक सूत्र: Na2O•Al2O3•2SiO2•9/2H2O

सिलिकॉन-एल्युमिनियम अनुपात: 1:1 (SiO2/ Al2O3≈2)

उत्पादन

4Å छलनी का उत्पादन अपेक्षाकृत सरल है क्योंकि इसके लिए न तो उच्च दबाव और न ही विशेष रूप से उच्च तापमान की आवश्यकता होती है। आमतौर पर जलीय विलयनसोडियम सिलिकेटऔरसोडियम एलुमिनेटइन्हें 80°C पर मिलाया जाता है। विलायक से संतृप्त उत्पाद को 400°C पर "बेक" करके "सक्रिय" किया जाता है। 4A छलनी 3A और 5A छलनी के लिए अग्रदूत के रूप में कार्य करती हैं।धनायन विनिमयकासोडियमके लिएपोटेशियम(3ए के लिए) याकैल्शियम(5ए के लिए)

प्रयोग

सुखाने वाले विलायक

4Å आणविक छलनी का उपयोग प्रयोगशाला में विलायकों को सुखाने के लिए व्यापक रूप से किया जाता है। ये जल और अन्य अणुओं को अवशोषित कर सकते हैं जिनका क्रांतिक व्यास 4 Å से कम होता है, जैसे कि NH3, H2S, SO2, CO2, C2H5OH, C2H6 और C2H4। इनका उपयोग तरल पदार्थों और गैसों (जैसे आर्गन के निर्माण) के सुखाने, शोधन और शुद्धिकरण में व्यापक रूप से किया जाता है।

 

पॉलिएस्टर एजेंट योजक[संपादन करना]

इन आणविक छलनी का उपयोग डिटर्जेंट की सहायता के लिए किया जाता है क्योंकि ये विखनिजीकृत जल का उत्पादन कर सकती हैं।कैल्शियमआयन विनिमय के माध्यम से, ये गंदगी को हटाते हैं और उसके जमाव को रोकते हैं। इनका व्यापक रूप से प्रतिस्थापन के रूप में उपयोग किया जाता है।फास्फोरस4Å आणविक छलनी डिटर्जेंट के पर्यावरणीय प्रभाव को कम करने के लिए सोडियम ट्रिपॉलीफॉस्फेट को डिटर्जेंट सहायक के रूप में प्रतिस्थापित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। इसका उपयोग एक अन्य सहायक पदार्थ के रूप में भी किया जा सकता है।साबुनबनाने वाला एजेंट और मेंटूथपेस्ट.

हानिकारक अपशिष्ट उपचार

4Å आणविक छलनी धनायनिक प्रजातियों जैसे कि सीवेज को शुद्ध कर सकती हैं।अमोनियमPb2+, Cu2+, Zn2+ और Cd2+ आयनों के प्रति उच्च चयनात्मकता के कारण, NH4+ के लिए इनका सफलतापूर्वक उपयोग किया गया है।eutrophicationजलमार्गों में अमोनियम आयनों की अधिकता के कारण अन्य प्रभाव भी उत्पन्न होते हैं। औद्योगिक गतिविधियों के कारण जल में मौजूद भारी धातु आयनों को हटाने के लिए 4Å आणविक छलनी का भी उपयोग किया गया है।

अन्य प्रयोजन

धातुकर्म उद्योगपृथक्करण कारक, पृथक्करण, खारे पानी से पोटेशियम का निष्कर्षणरूबिडीयाम,सीज़ियम, वगैरह।

पेट्रोकेमिकल उद्योग,उत्प्रेरक,desiccant, अधिशोषक

कृषि:मृदा कंडीशनर

दवा: चांदी लोड करेंज़ीइलाइटजीवाणुरोधी एजेंट।

5Å

रासायनिक सूत्र: 0.7CaO•0.30Na2O•Al2O3•2.0SiO2 •4.5H2O

सिलिका-एल्यूमिना अनुपात: SiO2/ Al2O3≈2

उत्पादन

5A आणविक छलनी का उत्पादन धनायन विनिमय द्वारा किया जाता हैकैल्शियमके लिएसोडियम4A आणविक छलनी में (ऊपर देखें)

प्रयोग

पाँच-एंगस्ट्रॉम(5Å) आणविक छलनी का उपयोग अक्सर किया जाता हैपेट्रोलियमउद्योग में, विशेष रूप से गैस धाराओं के शुद्धिकरण के लिए और रसायन विज्ञान प्रयोगशाला में पृथक्करण के लिए इसका उपयोग किया जाता है।यौगिकऔर अभिक्रिया के प्रारंभिक पदार्थों को सुखाने के लिए इनका उपयोग किया जाता है। इनमें सटीक और एकसमान आकार के छोटे छिद्र होते हैं, और इनका मुख्य रूप से गैसों और तरल पदार्थों के लिए अधिशोषक के रूप में उपयोग किया जाता है।

पांच एंगस्ट्रॉम आणविक छलनी का उपयोग सुखाने के लिए किया जाता है।प्राकृतिक गैसप्रदर्शन करने के साथ-साथसल्फर-मुक्तिऔरडीकार्बोनेशनइनका उपयोग गैस के मिश्रण को अलग करने के लिए भी किया जा सकता है। साथ ही, इनका उपयोग ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और हाइड्रोजन के मिश्रण और तेल-मोम एन-हाइड्रोकार्बन को शाखित और बहुचक्रीय हाइड्रोकार्बन से अलग करने के लिए भी किया जा सकता है।

पांच एंगस्ट्रॉम आणविक छलनी को कमरे के तापमान पर संग्रहित किया जाता है, साथ में एकसापेक्षिक आर्द्रताकार्डबोर्ड बैरल या कार्टन पैकेजिंग में 90% से कम। मॉलिक्यूलर सीव्स को सीधे हवा और पानी के संपर्क में नहीं आना चाहिए, और एसिड और क्षार से बचना चाहिए।

आणविक छलनी की आकृति विज्ञान

आणविक छलनी विभिन्न आकारों और आकृतियों में उपलब्ध हैं। लेकिन गोलाकार मोतियों का अन्य आकारों की तुलना में यह लाभ है कि इनमें दबाव में कमी कम होती है, ये घर्षण प्रतिरोधी होते हैं क्योंकि इनमें कोई नुकीले किनारे नहीं होते हैं, और इनकी मजबूती अच्छी होती है, यानी प्रति इकाई क्षेत्रफल पर लगने वाला कुचलने का बल अधिक होता है। कुछ प्रकार की आणविक छलनी में ऊष्मा धारण क्षमता कम होती है, जिससे पुनर्जनन के दौरान ऊर्जा की आवश्यकता भी कम होती है।

बीडेड मॉलिक्यूलर सीव्स का एक अन्य लाभ यह है कि इनका बल्क घनत्व आमतौर पर अन्य आकारों की तुलना में अधिक होता है, इसलिए समान अधिशोषण आवश्यकता के लिए कम मॉलिक्यूलर सीव वॉल्यूम की आवश्यकता होती है। अतः, डी-बॉटलनेकिंग करते समय, बीडेड मॉलिक्यूलर सीव्स का उपयोग किया जा सकता है, समान वॉल्यूम में अधिक अधिशोषक लोड किया जा सकता है और किसी भी प्रकार के वेसल मॉडिफिकेशन से बचा जा सकता है।