炭分子筛与活性炭的生产工序大致相同 吸附分离选择性不同

    炭分子筛与活性炭的生产工序大致相同 吸附分离选择性不同
    炭分子筛是特别发达微孔结构的新型炭质吸附剂。
    自1948年Emett发现树脂炭化后有分子筛的作用以来，德国、日本、美国及中国等在此领域均做了卓有成效的工作并先后投入实际应用。
    炭分子筛具有炭素材料所共有的耐热、耐腐蚀性能，其化学组成类似与活性炭，但两者的孔径分布和孔隙率显著不同。活性炭的孔径分布宽，孔径氛围介于0.5~10000nm，其中包括孔径小于2nm的细孔、2~50nm的中孔和50~100nm的大孔；炭分子筛的孔隙以微孔为主，孔径较均匀，介于0.3~0.7nm，孔隙的形状为平行的狭长缝隙结构，由于它的孔径只有分子大小，所以可起到分子筛的作用。
    活性炭和分子筛的吸附分离选择性不同：前者基于其孔隙表面对不同气体分子的分子间作用力不通，后者则由微孔尺寸是否允许气体分子进去和微孔内表面对不同气体的分子作用力不同这个因素决定。
    制备炭分子筛的工序与活性炭大致相近，由原料煤粉碎加黏结剂捏合、成型、炭化、活化和炭沉积等工序组成。根据原料不同，有的只需炭化，有的炭化后尚需轻微活化或适当堵化。
   （1）原料
    很多富含碳的物质均可作为炭分子筛的制备原料，如木材、果壳（椰壳、核桃壳）、有机高分子聚合物、煤、半焦和活性炭等，其中以煤为原料有实用意义。
   （2）预氧化
    黏结性烟煤需预氧化，以破除黏结性和有利于形成均一微孔，一般用流化床空气氧化法，温度200℃左右，时间数小时。
   （3）捏合、成型
    黏结剂有煤焦油、纸浆废液等，添加量在25%~40%之间，捏合好坏对产品质量影响显著。
   （4）炭化
    它是关键工序。升温速度、炭化终温是重要因素，升温速度低，有利于挥发均匀逸出，控制在3~10℃/min，炭化终温在700~900℃，温度高有利于生产微孔，一则原有小孔经过收缩变为更小的微孔，二则由于高温缩聚反应而形成新微孔。
   （5）活化
    某些原料（如无烟煤）在炭化后微孔不多或太小，利用活化剂（如二氧化碳、一氧化碳和水蒸气）轻度活化，可使孔径扩大到所需范围。
   （6）炭沉积
    原料经炭化和活化后，形成了较发达的孔隙结构，但孔径不均一，有一部分不利于分离的大孔，炭沉积的原理是某些类，如苯、甲苯、长链烷弪等在大孔表面或入口处热解析出游离碳，从而在尽量不减少炭分子筛有效孔隙容积的前提下使大孔孔径减少。
    炭分子筛用于空气分离，不是因为它对氧气和氮气的平衡吸附量不通，而是基于氧气、氮气的扩散速度差异，利用氧气的扩散速度远高于氮气的特点，在远离平衡的条件下使氮气得到富集。从焦炉煤气中分离氢是基于炭分子筛孔隙内表面对不通气体分子的分子间力差异，焦炉煤气中的成分都可进入孔隙，氢分子小，其吸附容量低，故直接穿过吸附塔而被富集，其他成分则被吸附下来。
    炭分子筛主要用作吸附剂、气相色谱固定相及催化剂载体三个方面：
    1.吸附剂 用于变压吸附工艺分离空气制取高纯氢气；
    2.气相色谱固定相 在永久性和稀有气体及C₁~C₃烃类的分析方面有优良性能；
    3.催化剂载体 用于烃类的选择加氢或脱氢，其中用炭分子筛进行乙苯的催化氧化脱氢实现工业化生产。
    随炭分子筛应用范围的扩大，不同成分的分离记录尚需进一步研究。

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