碳分子篩是20世紀七十年代發(fā)展起來(lái)的一種新型吸附劑，是一種優(yōu)良的非極性碳素材料，制氮碳分子篩(Carbon Molecular Sieves，CMS)用于分離空氣富集氮氣，采用常溫低壓制氮工藝，比傳統的深冷高壓制氮工藝具有投資費用少，產(chǎn)氮速度快、氮氣成本低等優(yōu)點(diǎn)。因此，它是工程界的變壓吸附(簡(jiǎn)稱(chēng)P.S.A)空分富氮吸附劑，這種氮氣在化學(xué)工業(yè)、石油天然氣工業(yè)、電子工業(yè)、食品工業(yè)、煤炭工業(yè)、醫藥工業(yè)、電纜行業(yè)、金屬熱處理、運輸及儲存等方面廣泛應用。

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PSA制氮用碳分子篩
PSA制氮用碳分子篩
二十世紀五十年代，伴隨著(zhù)工業(yè)革命的大潮，碳材料的應用越來(lái)越廣泛，其中活性碳的應用領(lǐng)域PSA制氮用碳分子篩
擴展快，從初的過(guò)濾雜質(zhì)逐漸發(fā)展到分離不同組份。與此同時(shí)，隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，人類(lèi)對物質(zhì)的加工能力也越來(lái)越強，在這種情況下，碳分子篩應運而生。

碳分子篩是利用篩分的特性來(lái)達到分離氧氣、氮氣的目的。在分子篩吸附雜質(zhì)氣體時(shí)，大孔和中孔只起到通道的作用，將被吸附的分子運送到微孔和亞微孔中，微孔和亞微孔才是真正起吸附作用的容積。如前圖所示，碳分子篩內部包含有大量的微孔，這些微孔允許動(dòng)力學(xué)尺寸小的分子快速擴散到孔內，同時(shí)限制大直徑分子的進(jìn)入。由于不同尺寸的氣體分子相對擴散速率存在差異，氣體混合物的組分可以被有效的分離。因此，在制造碳分子篩時(shí)，根據分子尺寸的大小，碳分子篩內部微孔分布應在0.28～0.38nm。在該微孔尺寸范圍內，氧氣可以快速通過(guò)微孔孔口擴散到孔內，而氮氣卻很難通過(guò)微孔孔口，從而達到氧、氮分離。微孔孔徑大小是碳分子篩分離氧、氮的基礎，如果孔徑過(guò)大，氧氣、氮氣分子篩都很容易進(jìn)入微孔中，也起不到分離的作用；而孔徑過(guò)小，氧氣、氮氣都不能進(jìn)入微孔中，也起不到分離的作用。

國產(chǎn)分子篩由于受條件限制，對孔徑大小控制的不是很好。市面上銷(xiāo)售的碳分子篩微孔孔徑分布在0.3～1nm，只有巖谷分子篩做到了0.28～0.36nm。碳分子篩的原料為椰子殼、煤炭、樹(shù)脂等，步先經(jīng)加工后粉化，然后與基料揉合，基料主要是增加強度，防止破碎粉化的材料；第二步是活化造孔，在600～1000℃溫度下通入活化劑，常用的活化劑有水蒸氣、二氧化碳、氧氣以及它們的混合氣。它們與較為活潑的無(wú)定型碳原子進(jìn)行熱化學(xué)反應，以擴大比表面積逐步形成孔洞活化造孔時(shí)間從10～60min不等；第三步為孔結構調節，利用化學(xué)物質(zhì)的蒸氣：如苯在碳分子篩微孔壁進(jìn)行沉積來(lái)調節孔的大小，使之滿(mǎn)足要求。

國際市場(chǎng)
隨著(zhù)變壓吸附技術(shù)的不斷成熟，制氮機的應用領(lǐng)域越來(lái)越寬闊，國際上對碳分子篩的需求也越來(lái)越大，歐美等發(fā)達國家的需求量每年都穩步增長(cháng)，近幾年發(fā)展中國家的需求量更是突飛猛進(jìn)，每年以成倍的速度增長(cháng)，保守估計，2013年國際上碳分子篩總需求量在數十萬(wàn)噸以上。

大多數廠(chǎng)家生產(chǎn)的碳分子篩在外型上并無(wú)多大差別，因此用戶(hù)只靠觀(guān)察分子篩外型是很難區分到底是進(jìn)口分子篩還是國產(chǎn)分子篩的。但有一點(diǎn)，如果在購買(mǎi)設備時(shí)，廠(chǎng)家宣稱(chēng)使用的是進(jìn)口分子篩，但價(jià)格遠遠格的話(huà)，那就要小心了。買(mǎi)的沒(méi)有賣(mài)的精，設備制造廠(chǎng)家是不可能虧本賣(mài)設備的。買(mǎi)內裝國產(chǎn)分子篩的設備并不可怕，但花了進(jìn)口分子篩的價(jià)錢(qián)卻買(mǎi)了國產(chǎn)分子篩，那損失可就大了。