carbon molecular sieve

定義：具有特定分子尺度孔徑的微孔、可對不同尺寸的分子進(jìn)行選擇性吸附分離、具有分子篩效應(yīng)的多孔炭。

學(xué)科：冶金學(xué)_鋼鐵冶金_炭材料

相關(guān)名詞：焦炭 活性炭 活性炭吸附

圖片來源：視覺中國

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炭分子篩是20世紀(jì)末期發(fā)展起來的一種具有較為均勻微孔結(jié)構(gòu)的炭質(zhì)吸附劑，具有接近被吸附分子直徑的楔形狹縫狀微孔，能夠把立體結(jié)構(gòu)大小有差異的分子分離開來，具有篩分分子的作用，是一種特殊的活性炭。目前國內(nèi)外已將炭分子篩應(yīng)用于空氣分離制氮氣，回收、精制氫氣和其他工業(yè)氣體，氣相和液相色譜分析，微量雜質(zhì)的凈化及催化劑載體等領(lǐng)域。

炭分子篩與活性炭在化學(xué)組成上無本質(zhì)區(qū)別，主要區(qū)別在于孔徑分布和孔隙率不同。炭分子篩的孔隙率遠(yuǎn)低于活性炭，其孔隙以微孔為主；理想的炭分子篩孔徑全部為微孔，其具體的尺寸大小因分離目標(biāo)的不同有所差異。而活性炭孔徑分布寬，從微孔到大孔都有，相應(yīng)地單位質(zhì)量中孔隙的總體積也比炭分子篩的大得多。

可以制造炭分子篩的原料非常廣泛，從天然產(chǎn)物到合成的高分子聚合物，其中包括煤、木材、果殼、石油焦、瀝青、炭纖維等。煤炭和生物質(zhì)是來源廣、價格低廉的含碳原料，瀝青和石油焦是價格低廉的化工副產(chǎn)品。一般來講，選擇原料時要考慮原材料的灰分、揮發(fā)分、含碳量等因素。良好的前驅(qū)材料應(yīng)是灰分含量低、碳含量高和揮發(fā)分較高的含碳原材料。

制備炭分子篩的工序大致與制備活性炭相近。因采用的原材料不同，制備工藝會存在差異，但技術(shù)路線基本相似。制備工序中的炭化是制備炭分子篩的關(guān)鍵工序。炭化終溫、升溫速度和是否采用惰性氣體保護(hù)等均對其制備有影響。炭化溫度一般比生產(chǎn)活性炭時高，多在700~900℃。高的炭化溫度有利于微孔形成，一方面原有的較大孔隙在高溫作用下會收縮變?yōu)槲⒖?，另一方面由于高溫縮聚反應(yīng)形成新的微孔。升溫速度一般要求慢一些，以利于揮發(fā)分析出，通?？刂圃?~5℃/min為宜。此外，分段升溫比線性升溫效果好；采用惰性氣體保護(hù)也有利于揮發(fā)分析出，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

炭分子篩的分離原理大概分為兩類：一是利用待分離物質(zhì)擴散速度不同，如炭分子篩用于空氣分離時正是利用了氧氣的擴散速度遠(yuǎn)高于氮氣的擴散速度這一特點，在遠(yuǎn)離吸附平衡條件下使氮得到富集；二是利用待分離物質(zhì)的分子大小和極性不同，如焦?fàn)t煤氣中的成分都在可被吸附之列，由于氫的分子量最小，其吸附容量最低，故直接穿過吸附塔，而其他成分如甲烷、一氧化碳、二氧化碳和氮氣等則被吸附。

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