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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埃德微孔,該微孔對(duì)氧分子的瞬間親和力較強(qiáng),可用來(lái)分離空氣中的氧氣和氮?dú)?,工業(yè)上利用變壓吸附裝置(PSA)制取氮?dú)?。鑫陶碳分子篩制氮量大、氮?dú)饣厥章矢撸褂脡勖L(zhǎng),適用于各種型號(hào)的變壓吸附制氮機(jī),是變壓吸附制氮機(jī)的{sx}產(chǎn)品。
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)。[1]
碳分子篩是利用篩分的特性來(lái)達(dá)到分離氧氣、氮?dú)獾哪康?。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(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。如前圖所示,碳分子篩內(nèi)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(kuò)散到孔內(nèi),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(duì)擴(kuò)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(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(guò)微孔孔口擴(kuò)散到孔內(nèi),而氮?dú)鈪s很難通過(guò)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(guò)大,氧氣、氮?dú)夥肿雍Y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?dú)舛疾荒苓M(jìn)入微孔中,也起不到分離的作用。[1]
國(guó)產(chǎn)分子篩由于受條件限制,對(duì)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,{dy}步先經(jīng)加工后粉化,然后與基料揉合,基料主要是增加強(qiáng)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(yīng),以擴(kuò)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(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(lái)調(diào)節(jié)孔的大小,使之滿足要求。
在PSA制氮設(shè)備中,分子篩的性能直接關(guān)系到整套設(shè)備的產(chǎn)氣量及能耗,所以,選擇合適的吸附劑是重中之重。
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