碳分子篩的工作原理是什么

  碳分子篩的工作原理是什么，再搞清楚這個問題之前我們先了解一下碳分子篩的生產(chǎn)工藝流程。

  碳分子篩的主要成分為元素碳，外觀為黑色柱狀固體。因含有大量直徑為4埃的微孔，該微孔對氧分子的瞬間親和力較強(qiáng)，可用來分離空氣中的氧氣和氮氣，工業(yè)上利用變壓吸附裝置（PSA）制取氮氣。

  碳分子篩的原料為椰子殼、煤炭、樹脂等。首先把原材料加工粉末，然后與基料攪拌混勻，基料主要是增加生產(chǎn)國產(chǎn)中的強(qiáng)度，防止破碎粉化的材料；接下來是活化造孔工藝，在800～1000℃溫度下通入活化劑，與較為活潑的無定型碳原子進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)；最后一個工藝是為孔結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)，利用化學(xué)物質(zhì)的蒸氣：如苯在碳分子篩微孔壁進(jìn)行沉積來調(diào)節(jié)孔的大小，使之孔徑滿足要求。

  上面我們講解了碳分子篩的生產(chǎn)工藝流程，下面我們再來介紹一下碳分子篩在制氮機(jī)生產(chǎn)中的工作原理。

  制氮碳分子篩用于分離空氣富集氮氣，采用常溫低壓制氮工藝，碳分子篩內(nèi)部包含有大量的微孔，這些微孔允許動力學(xué)尺寸小的分子快速擴(kuò)散到孔內(nèi)，同時限制大直徑分子的進(jìn)入。碳分子篩正是利用篩分的特性來達(dá)到分離氧氣、氮氣的目的。在分子篩吸附雜質(zhì)氣體時，大孔和中孔只起到通道的作用，將被吸附的分子運(yùn)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。在制造碳分子篩時，根據(jù)分子尺寸的大小，碳分子篩內(nèi)部微孔分布應(yīng)在0.28～0.38nm。在該微孔尺寸范圍內(nèi)，氧氣可以快速通過微孔孔口擴(kuò)散到孔內(nèi)，而氮氣卻很難通過微孔孔口，從而達(dá)到氧、氮分離。微孔孔徑大小是碳分子篩分離氧、氮的基礎(chǔ)，如果孔徑過大，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；而孔徑過小，氧氣、氮氣都不能進(jìn)入微孔中，也起不到分離的作用。

  碳分子篩空分制氮已廣泛地應(yīng)用于石油化工、金屬熱處理、電子制造、食品保鮮等行業(yè)。

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