活性氧化铝作为化学反应的催化剂和载体
活性氧化铝具有较大的比表面积、多样的孔结构和孔径分布，以及丰富的表面性质。因此，它在吸附剂、催化剂和催化剂载体方面有着广泛的用途。 用作吸附剂和催化剂载体的氧化铝属于精细化学品，也是一种特殊化学品。不同的用途对其物理结构有不同的要求，这正是其专一性强、品种牌号多的原因。据统计，用作催化剂和载体的氧化铝用量，超过了使用分子筛、硅胶、活性炭、硅藻土和硅铝凝胶的催化剂总量。这足以表明氧化铝在催化剂和载体中占据的关键地位。其中，η- 氧化铝（η-Al₂O₃）和 γ- 氧化铝（γ-Al₂O₃）是最重要的催化剂和载体。它们均为含缺陷的尖晶石结构，两者的区别在于：四面体晶体结构不同（γ>η）、六方层堆积规则性不同（γ>η）以及铝 - 氧键键长不同（η>γ，差值为 0.05～0.1nm）。
碳分子筛是一种新型的非极性吸附剂。
分子筛的空气分离能力，取决于空气中各类气体在碳分子筛微孔内的扩散速度、吸附力，或两者共同作用。碳分子筛变压吸附（PSA）空分制氮技术，便是基于这一性能实现的。 碳分子筛用于制氮时，氮气浓度与产气量可根据用户需求进行调节。在产气时间与操作压力确定的前提下，若降低产气量，氮气浓度会随之升高；反之，氮气浓度则会下降。用户可根据实际需求进行调整。
碳分子筛在PSA制氮机中的影响
碳分子筛变压吸附（PSA）制氮机的制氮过程，依靠范德华力实现氧、氮分离。因此，分子筛的比表面积越大、孔径分布越均匀、微孔或亚微孔数量越多，其吸附能力就越强；此外，若能将孔径尽可能缩小，范德华力场会产生叠加效应，对低浓度物质的分离效果也会更优。 碳分子筛属于非定量化合物，其关键性能由自身的微孔结构决定。它的空气分离能力，取决于空气中各类气体在碳分子筛微孔内的扩散速度差异、吸附力差异，或两种差异共同作用的结果。在平衡状态下，碳分子筛对氧气和氮气的吸附容量较为接近，但氧气分子通过碳分子筛微孔体系狭窄缝隙的扩散速率，远快于氮气分子。碳分子筛空分制氮技术正是基于这一性能，在达到平衡状态之前，通过变压吸附（PSA）工艺将氮气从空气中分离出来。
什么是碳分子筛
碳分子筛是 20 世纪 70 年代研发的新型吸附剂，属于性能优异的非极性碳基多孔材料（注：原文 “cellulose material” 应为 “porous material” 笔误，结合碳分子筛结构特性修正为 “多孔材料”）。碳分子筛（CMS）用于空气分离与氮气富集，采用常温低压制氮工艺，相较于传统深冷高压制氮工艺，具有投资成本更低、制氮速度更快、氮气成本更低的优势。因此，它目前是工程领域空气分离用变压吸附（PSA）富氮吸附剂的首选。这类氮气广泛应用于化工行业、油气行业、电子行业、食品行业、煤炭行业、制药行业、电缆行业、金属热处理以及交通运输与仓储领域。 研发背景 20 世纪 50 年代，伴随工业革命浪潮，碳材料的应用日益广泛。其中，活性炭的应用领域拓展速度最快，从最初的杂质过滤，逐步延伸至不同组分的分离。与此同时，随着技术的进步，人类对材料的加工能力不断增强，在这一背景下，碳分子筛应运而生。 碳分子筛的主要成分 碳分子筛的主要成分为元素碳，外观呈黑色柱状固体。因其内部含有大量直径为 4 埃（Å）的微孔（1 埃 = 0.1 纳米），这些微孔对氧分子具有强烈的瞬时吸附亲和力，可用于分离空气中的氧气与氮气。工业上利用变压吸附装置（PSA）实现制氮，碳分子筛具有制氮量大、氮气回收率高、使用寿命长的特点，适用于各类 PSA 制氮机，是 PSA 制氮机的首选吸附材料。 目前，碳分子筛空分制氮技术已广泛应用于石油化工、金属热处理、电子制造、食品保鲜等行业。 工作原理 碳分子筛利用 “筛分效应” 实现氧、氮分离。当分子筛吸附杂质气体时，其内部的大孔与中孔仅起到 “通道” 作用，将被吸附分子输送至微孔与亚微孔中，而微孔与亚微孔才是真正的吸附空间。 如前文图示所示，碳分子筛内部含有大量微孔，这些微孔允许动力学尺寸较小的分子快速扩散进入孔内，同时阻止大直径分子进入。由于不同尺寸的气体分子在微孔中的相对扩散速率存在差异，混合气体的各组分得以有效分离。 因此，在制备碳分子筛时，需根据目标分离分子（氧分子直径约 0.346 纳米，氮分子直径约 0.364 纳米）的尺寸，将其内部微孔分布控制在0.28-0.38 纳米的范围内。在此微孔尺寸区间内，氧气能通过微孔通道快速扩散进入孔内，而氮气难以通过微孔通道，从而实现氧、氮分离。 碳分子筛的孔径是氧、氮分离的核心基础： 若孔径过大，氧气分子与氮气分子均可轻松进入孔内，无法实现分离； 若孔径过小，氧气分子与氮气分子均无法进入孔内，同样不具备分离效果。
3A、4A、5A 分子筛的区别
3A、4A和 5A分子筛之间的区别主要是由于用途不同，如体积密度和抗压强度不同。很多不了解的人会认为，这些不同分子筛之间的区别在于直径。事实上，这是错误的。让我们来比较一下这三种分子筛的异同。 3A 分子筛 体积密度为 680Kg/m³，抗压强度（N）≧80/P。主要用于石油裂解气、烯烃、练气田、油田设备的干燥，以及化工、医药、空心酒等工业干燥。 4A 分子筛 体积密度为 680Kg/m³，抗压强度（N）≧80/P。主要用于天然气及各种化工气体和液体、制冷剂、药品、电子材料和异常物质的干燥。 5A 分子筛 体积密度为 680Kg/m³，抗压强度（N）≧80/P。主要用于天然气干燥、脱硫、脱二氧化碳、氮氢分离、制氧、制氮、制氢、石油脱蜡等。 分子筛有 3A/4A/5A/10X/13X 等型号，每种型号的直径有 0.4-0.8mm、1-2mm、1.6-2.5mm、2-4mm、3-5mm 和 4-6mm。
碳分子筛的吸附与解吸过程
碳分子筛的主要成分是元素碳，外观为深灰色圆柱形固体。因其内部含有大量直径为 4 埃（Å）的微孔结构，这些微孔对氧分子具有很强的瞬时吸附能力，故可用于提取空气中的二氧化碳（CO₂）和氮气（N₂），也可配套变压吸附（PSA）机械设备制氮。碳分子筛的产氮能力强、氮气利用率高且使用寿命长，能与各种规格型号的变压吸附制氮机配套使用，是变压吸附制氮机的核心耗材之一。 碳分子筛空分制氮技术已广泛应用于石油化工设备、机械设备、金属表面处理、电子元器件生产加工、蔬菜保鲜等行业。 生产工艺基本原理 碳分子筛吸附处理有机废气，是利用碳分子筛微孔结构对化合物的吸附 - 解吸特性，将低浓度工业有机废气中的有机溶剂吸附到碳分子筛内部。经净化后，达到排放标准的气体直接排空。该过程本质上是一种物理吸附净化工艺，并未对有机溶剂进行直接销毁处理。 脱附过程需借助专用再生设备：通过加热空气，使吸附在碳分子筛上的有机溶剂达到其脱附温度，从而从碳分子筛表面脱附；随后将脱附产生的高浓度有机废气引入催化燃烧设备。在催化燃烧设备内，高浓度有机废气发生氧化还原反应，转化为无害的水和二氧化碳后排放。 此外，脱附过程可采用多组碳分子筛吸附床交替进行吸附处理：一组吸附床进行脱附再生时，其他吸附床持续进行吸附作业，适用于需要连续生产加工的场景。 生产工艺流程 对工业废气中有机分子的吸附针对性强、效率高； 耐高温且不易被腐蚀； 分子筛可连续再生：通过催化反应装置定期对其进行再生处理，再生过程中产生的浓缩气体进入再生设备后发生反应，最终转化为无害气体排放，对环境不易造成二次污染； 节省运行成本：无需像活性炭那样定期拆卸更换。
