碳分子筛膜用于有机液体分子的反渗透分离
分离与纯化在生产和生活中具有至关重要的作用。在生产过程中，约有 40%-60% 的能源用于分离与纯化操作；而物理性质相似的物质（如异构体之间）的分离难度也极大。膜分离法若能提升分离效率，便可显著降低能耗。例如，有机溶液纳滤膜虽可用于高价值产物的纯化，但由于分子特异性不足，无法有效分离分子尺寸相近的物质。因此，为获得更优的分离纯化方法、有效降低能耗并提高分离效率，科研人员仍需持续开展研究。 研究成果介绍 8 月 19 日,美国佐治亚理工学院化学与生物分子工程学院的瑞安・P・莱夫利（Ryan P. Lively）团队在《自然》（Nature）期刊发表研究，提出一种非对称碳分子筛（CMS）中空纤维膜，可作为潜在的有机溶剂反渗透技术（OSRO）材料。采用碳分子筛的有机溶剂反渗透技术，不仅无需改变有机物的物相、减少分离过程中的能量损耗，还能有效分离分子尺寸相近的有机物。研究人员通过观察对二甲苯与邻二甲苯在碳分子筛膜中渗透率的变化，来表征该膜的渗透性能。 借助碳分子筛膜，可实现有机液体分子的反渗透分离，且无需改变物相形态、降低能耗，即可高效完成分离操作。 展望 利用分离膜在低温高压条件下进行透析分离的技术，虽能大幅降低能耗，但分离效率与分离选择性仍是亟待解决的重大挑战，仍需广大科研人员持续努力攻关。
PSA 制氮机的常见故障及处理方法
1.运行过程中，表头显示的压力无法达到设定值。这是由设备泄漏引起的。应对气路进行全面检漏，尤其是干燥室和塔体。 2. 检查塔体是否有泄漏或损坏。 3. 仪器运行时有噪音若为电磁阀发出的声音：用 14 号扳手适当调节电磁阀上螺母的松紧度，不要拧得太紧；若仍未解决，需拆卸电磁阀清洁内部（产生声音主要是因为电磁阀内部有杂质），清洁后装回。若还是不行，则必须更换新的电磁阀。 4. 开机时有气体输出，开机后压力刚上升时，必须按下前面的红色延时开关，随后输出压力会从输出端释放，等待 10 分钟后才可使用。
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。
