carbon molecular sieve

定义：具有特定分子尺度孔径的微孔、可对不同尺寸的分子进行选择性吸附分离、具有分子筛效应的多孔炭。

学科：冶金学_钢铁冶金_炭材料

相关名词：焦炭 活性炭 活性炭吸附

图片来源：视觉中国

【延伸阅读】

炭分子筛是20世纪末期发展起来的一种具有较为均匀微孔结构的炭质吸附剂，具有接近被吸附分子直径的楔形狭缝状微孔，能够把立体结构大小有差异的分子分离开来，具有筛分分子的作用，是一种特殊的活性炭。目前国内外已将炭分子筛应用于空气分离制氮气，回收、精制氢气和其他工业气体，气相和液相色谱分析，微量杂质的净化及催化剂载体等领域。

炭分子筛与活性炭在化学组成上无本质区别，主要区别在于孔径分布和孔隙率不同。炭分子筛的孔隙率远低于活性炭，其孔隙以微孔为主；理想的炭分子筛孔径全部为微孔，其具体的尺寸大小因分离目标的不同有所差异。而活性炭孔径分布宽，从微孔到大孔都有，相应地单位质量中孔隙的总体积也比炭分子筛的大得多。

可以制造炭分子筛的原料非常广泛，从天然产物到合成的高分子聚合物，其中包括煤、木材、果壳、石油焦、沥青、炭纤维等。煤炭和生物质是来源广、价格低廉的含碳原料，沥青和石油焦是价格低廉的化工副产品。一般来讲，选择原料时要考虑原材料的灰分、挥发分、含碳量等因素。良好的前驱材料应是灰分含量低、碳含量高和挥发分较高的含碳原材料。

制备炭分子筛的工序大致与制备活性炭相近。因采用的原材料不同，制备工艺会存在差异，但技术路线基本相似。制备工序中的炭化是制备炭分子筛的关键工序。炭化终温、升温速度和是否采用惰性气体保护等均对其制备有影响。炭化温度一般比生产活性炭时高，多在700~900℃。高的炭化温度有利于微孔形成，一方面原有的较大孔隙在高温作用下会收缩变为微孔，另一方面由于高温缩聚反应形成新的微孔。升温速度一般要求慢一些，以利于挥发分析出，通常控制在3~5℃/min为宜。此外，分段升温比线性升温效果好；采用惰性气体保护也有利于挥发分析出，提高产品质量。

炭分子筛的分离原理大概分为两类：一是利用待分离物质扩散速度不同，如炭分子筛用于空气分离时正是利用了氧气的扩散速度远高于氮气的扩散速度这一特点，在远离吸附平衡条件下使氮得到富集；二是利用待分离物质的分子大小和极性不同，如焦炉煤气中的成分都在可被吸附之列，由于氢的分子量最小，其吸附容量最低，故直接穿过吸附塔，而其他成分如甲烷、一氧化碳、二氧化碳和氮气等则被吸附。

责任编辑：张鹏辉