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。

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，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(mǎn)足要求。

未來(lái)幾年，碳分子篩產(chǎn)品將向高指標(biāo)、高強(qiáng)度、高堆密度方向發(fā)展，低指標(biāo)低檔次的產(chǎn)品將會(huì)被淘汰，空分設(shè)備將趨向小型化，對(duì)分子篩行業(yè)提出了更高的要求，因此如抓住當(dāng)前的良好時(shí)機(jī)，擴(kuò)大生產(chǎn)，逐步改變國(guó)際國(guó)內(nèi)對(duì)于中國(guó)產(chǎn)碳分子篩低質(zhì)的認(rèn)識(shí)，迅速搶占國(guó)內(nèi)國(guó)際市場(chǎng)，將有可能在兩到三年內(nèi)成為行業(yè)排頭兵。

行業(yè)發(fā)展
根據(jù)國(guó)際國(guó)內(nèi)的分析，碳分子篩行業(yè)呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)：，隨著變壓吸附制氮機(jī)的使用范圍不斷擴(kuò)大，對(duì)碳分子篩的需求不斷增加，這將進(jìn)一步促進(jìn)行業(yè)發(fā)展，未來(lái)幾年，這一行業(yè)將從一個(gè)生僻的行業(yè)變得眾所周知。其次，隨著應(yīng)用深度的提高，對(duì)碳分子篩的產(chǎn)氮量、氮回收率、堆密度、抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)的要求越來(lái)越高，進(jìn)一步提高產(chǎn)品性能指標(biāo)將是這一行業(yè)今后發(fā)展的大趨勢(shì)。第三，由于碳分子篩是變壓吸附制氮機(jī)的主要構(gòu)成要素，成本占整個(gè)設(shè)備的70%以上，因此，降低成本將是促進(jìn)本行業(yè)發(fā)展的重要條件。今后一個(gè)時(shí)期，各企業(yè)將會(huì)在采用新材料新工藝方面不斷探索，爭(zhēng)取用低成本達(dá)到高水平。

碳分子篩（英文名carbon molecular sieves）是新型的非極性吸附劑，具有在常溫變壓下吸附空氣中氧分子的性能，因而可獲得富氮?dú)怏w。它分離空氣的能力取決于空氣中各種氣體在碳分子篩微孔中的不同擴(kuò)散速度、或不同的吸附力、或兩種效應(yīng)同時(shí)起作用，碳分子篩PSA空分制氮就是基于這一性能。

我國(guó)碳分子篩的研發(fā)是在上個(gè)世紀(jì)八十年代開(kāi)始的，比美國(guó)晚大約二十年。當(dāng)時(shí)國(guó)際市場(chǎng)有供應(yīng)的主要是德國(guó)BF和日本武田產(chǎn)的碳分子篩，價(jià)格約在20萬(wàn)元/噸，但其產(chǎn)氮量為100NM3/h.t左右，到九十年代升級(jí)為產(chǎn)氮量185NM3/h.t。當(dāng)時(shí)國(guó)產(chǎn)碳分子篩（長(zhǎng)興中泰的前身長(zhǎng)興化工廠產(chǎn)）的產(chǎn)氮量只有140NM3/h.t，指標(biāo)雖然落后有近30%的差距，但也改寫(xiě)了中國(guó)只能依賴(lài)進(jìn)口碳分子篩的歷史，實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有的一次飛躍！又由于國(guó)產(chǎn)碳分子篩的價(jià)格低廉，從而迫使進(jìn)口碳分子篩的價(jià)格有了大幅度的下降，為國(guó)家節(jié)約了外匯的同時(shí)也推動(dòng)了國(guó)內(nèi)PSA制氮裝置的蓬勃發(fā)展。