分子篩

碳分子篩 CMS-240

碳分子篩是一種具有精確微孔結構的多孔碳吸附材料。它透過調控微孔尺寸實現對不同分子的選擇性吸附，廣泛應用於氣體分離（如製氮）領域。

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碳分子篩吸附分離原理

對於分子直徑接近孔徑的氣體（例如O₂和N₂），碳分子篩會強烈吸附擴散速率較快的分子（例如O₂）。例如，O₂的分子直徑約為0.346 nm，N₂的分子直徑約為0.364 nm。在碳分子篩的孔隙中，O₂的擴散速率遠高於N₂。因此，在短時間內，O₂會被優先吸附，而N₂由於擴散速率較慢，則會富集。

吸附容量隨壓力增加而增加，隨壓力減少而減少。這項特性使其非常適合變壓吸附（PSA）製程－一種利用壓力依賴性吸附和壓力依賴性解吸的連續分離製程。

碳分子篩是一種非極性材料。它對非極性或弱極性氣體（如O₂、N₂、CO）的吸附能力強於對極性分子（如H₂O、CO₂）的吸附能力。但是，必須先去除原料氣中的極性雜質（如水、CO₂），以避免微孔堵塞。

篩分是氣體分離和純化的主要方式，尤其是在變壓吸附（PSA）製程：

1. 氮發生（核心應用）

● 原理：當空氣（含O₂、N₂、Ar等）進入變壓吸附塔時，碳分子篩在壓力作用下優先吸附擴散速率較快的O₂（由於其分子直徑較小）。 N₂由於擴散速率較慢，能夠穿過吸附床並作為產品氣排出。在減壓過程中，吸附的O₂被解吸，分子篩被再生。

● 優點：與低溫空氣分離相比，PSA制氮技術投資更少、能耗更低，且啟動和停機更靈活。此技術可生產純度為95%～99.999%的氮氣，滿足化學、食品和電子產業的需求。

● 應用領域：化學管道清洗、食品保鮮、電子產品包裝、金屬熱處理。

2. 其他氣體分離

●氫氣純化：從合成氣（含 H₂、CO 和 CH₄）吸附 CO 和 CH₄ 等雜質，以提純 H₂（H₂ 分子直徑為 0.289 nm，擴散速度很快，因此難以吸附在微孔中）。

● 惰性氣體分離：例如，從空氣中分離氬氣（由於氬氣和氮氣分子的直徑相似，因此需要特殊的孔徑設計）。

3. 環境保護與工業輔助

● VOC 回收：從工業廢氣中吸附揮發性有機化合物（如苯和甲苯），從而實現資源回收或達到排放標準。

● 氣體乾燥預處理：用作輔助吸附劑，去除氣體中的微量水分（需要與脫水劑一起使用，以防止水堵塞微孔）。