АУглеродное молекулярное сито (CMS) представляет собой класс высокопористых углеродистых материалов, характеризующихся тщательно спроектированной поровой архитектурой, специально разработанной для задач разделения газов с помощью механизма адсорбции. Ниже описан комплексный анализ:

Структура и состав молекулярного сита углерода:

Изготовлен в основном из углеродистых предшественников, таких как кокосовая скорлупа, уголь или синтетические полимеры.

Характеризуется узким диапазоном однородных размеров пор (обычно 0,3 0,5 нанометра в диаметре).

Большая площадь поверхности (часто 800 - 1500 м²g).

неполярная поверхность (гидрофобная природа).

Принцип разделения:

Кинетическое просеивание / молекулярное просеивание: основано на разнице в скоростях диффузии молекул газа через узкие поры, а не на простом исключении размера (хотя размер пор имеет решающее значение).

Меньшие молекулы газа (например, O₂, N₂, CO₂) быстрее диффундируют в поры.

Большие молекулы газа (например, N₂ В контексте О₂/ N₂ разделение) диффундируют медленнее или исключаются.

Селективная адсорбция: один компонент газовой смеси предпочтительно адсорбируется на поверхности CMS, а другой (-ы) проходит.

Применение молекулярного сита углерода:

Генерация азота (PSA / VPSA): наиболее распространенное использование.

Используется в системах адсорбции под давлением (PSA) или вакуумной адсорбции под давлением (VPSA) для получения высокочистого азота из сжатого воздуха.

Механизм: молекулы кислорода (меньший кинетический диаметр: ~ 0,346 нм) диффундируют гораздо быстрее в поры CMS и адсорбируются, в то время как молекулы азота (больший кинетический диаметр: ~ 0,364 нм) диффундируют медленнее и проходят через слой, в результате чего образуется богатый азотом поток продукта.

Очистка водорода:

Используется для разделения H₂ из газовых смесей, таких как реформированный газ (H₂, СО, СО₂, Ч₄).

Механизм: CO, CO₂, и Ч₄ (более крупные молекулы) адсорбируются предпочтительно, позволяя чистым H₂ пройти.

Разделение воздуха (O₂/ N₂): Принцип аналогичен принципу генерации азота, но иногда сосредоточен на создании потоков, обогащенных кислородом.

СО₂ Удаление: используется для захвата CO₂ от газовых потоков, таких как модернизация биогаза или подслащивание природного газа.

Сушка и очистка природного газа: удаление водяного пара и тяжелых углеводородов.

Производственный процесс:

Выбор предшественника: кокосовая скорлупа, уголь, фенольная смола и т. Д.

Карбонизация: нагревание прекурсора в инертной атмосфере с образованием угля с высоким содержанием углерода.