Molekyyliseula

Molekyyliseula on huokoskooltaan yhtenäinen huokoinen materiaali, jolla on suuri adsorptiokyky ja joka kykenee adsorboimaan molekyylejä, jotka ovat kooltaan pienempiä kuin huokosten halkaisija. Molekyyliseulat luokitellaan huokoskoon mukaan mikro-, meso- ja makrohuokoisiin molekyyliseuloihin. Molekyyliseulojen materiaali on tyypillisesti joko zeoliitti tai huokoinen lasi. Molekyyliseuloja käytetään useisiin tarkoituksiin muun muassa kuivausaineena ja katalyyttinä.

Huokoskooltaan 4 Å olevia molekyyliseuloja

Ominaisuudet

Tyypillisimmät molekyyliseulamateriaalit ovat zeoliitit, jotka ovat alkali- ja maa-alkalimetallien aluminosilikaatteja sekä huokoinen borosilikaattilasi. Molekyyliseulat jaetaan kolmeen luokkaan riippuen niiden huokoskoosta. Huokoskoko voidaan ilmoittaa joko nanometreinä tai ångströmeinä. Pienimmät huokoskoot ovat mikrohuokoisilla molekyyliseuloilla, joiden huokoskoko on alle 2 nm (20 Å). Tällaisia ovat muun muassa yleisimmin käytetyt zeoliitti- ja lasimolekyyliseulat sekä aktiivihiiliseulat. Mesohuokoisen materiaalin huokoskoko on välillä 2–50 nm (20–500 Å) ja makrohuokoisten molekyyliseulojen huokoskoko on yli 50 nm (500 Å). Mesohuokoisia ja makrohuokoisia molekyyliseuloja ovat muun muassa eräät metallioksidit, metalliseokset ja epäorgaaniset polymeerit.

Molekyyliseuloilla on suuri ominaispinta-ala, minkä vuoksi niillä on suuri adsorptiokyky. Tyypillisimpiä ovat muun muassa vesi, rikkivety, hiilidioksidi, ammoniakki ja pienikokoiset hiilivedyt. Zeoliittimolekyyliseulat adsorboivat erityisesti polaarisia molekyylejä kuten vettä. Hiili ja polymeerit adsorboivat erityisesti polaarittomia komponentteja kuten hiilivetyjä. Zeoliitit ovat happamia ja niitä käytetään tämän vuoksi happamina katalyytteinä.

Käyttö

Tärkein molekyyliseulojen käyttökohde on veden poisto kaasuista ja muista nesteistä. Molekyyliseulojen avulla vettä poistetaan muun muassa maakaasusta, ilmasta, polaarisista orgaanisista yhdisteistä kuten etanolista ja metanolista ja lääkepakkauksista. Tämän ominaisuuden ja myös zeoliittien happamuuden vuoksi molekyyliseuloja käytetään myös katalyyttinä esteröintireaktioissa. Muita katalyyttisiä prosesseja, joissa käytetään molekyyliseuloja ovat muun muassa alkaanien isomerointi, aromaattiset reaktiot, ksyleenin isomerointi, kumeenin, etyylibentseenin ja p-etyylitolueenin valmistus. Molekyyliseuloja voidaan käyttää adsorboimaan myös muita yhdisteitä kuten rikkivetyä, hiilidioksidia ja tioleita maakaasusta. Lisäksi niitä voidaan käyttää erottamaan haarautuneita hiilivetyjä haarautumattomista. Molekyyliseuloja, joiden huokoskoko on 3–8 Å ovat tyypillisiä kaasuseosten puhdistamiseen käytettyjä molekyyliseuloja ja huokoskooltaan hieman suurempia (8–12 Å) olevia molekyyliseuloja käytetään nesteiden kanssa. Mesohuokoisia ja makrohuokoisia molekyyliseuloja käytetään pääasiassa katalyytteinä. Molekyyliseuloja voidaan käyttää joko rakeina tai jauhettuina.