催化碳材料：碳分子筛

固体催化材料 碳分子筛
碳分子筛
碳分子筛（CMS）是20世纪七十年代发展起 来的一种新型吸附剂，是一种优良的非极性 碳素材料。
碳分子筛的主要成分为元素碳，外观为黑色柱状固体。主要 由1nm以下呈狭缝状的微孔和少量大孔组成，孔径分布较窄， 一般在0.3～1.0nm左右， 而且孔径分布均匀、能够把立体 结构大小有差异的分子分离。
应用领域 医药行业 食品饮料行业
化学工业 电子行ห้องสมุดไป่ตู้ 金属热处理
典型用途
药品的防虫、防腐，西药针剂、药物充氮包装，容器的充氮排氧， 药料气动传送的气源等
粮食、水果、蔬菜等的保鲜，肉类、咖啡、膨化食品、油炸食品、 果汁、生油等排氧保鲜包装，各类瓶、酒、啤酒的净化和覆盖气 等。
石油、催化剂再生、天然气储存、油漆涂料、化工产品的生产， 各类储罐、管道的充氮净化，橡胶、塑料制品的生产。
碳分子筛的历史
1. Emmet 于1948 年发现热解Saran copolymer (偏二氯 乙烯和氯乙烯以9∶1 的比例混合) 的炭化物具有筛分作用
2. 20世纪60年代末期，CMS首先由联邦德国亚琛矿业研 究公司（简称B. F.公司）研制成功.
3. 我国在20世纪70年代成功开发了煤制碳分子筛的新工 艺，其空分富氮的效果可与国外相比。
大规模集成电路，彩电显象管、电子元件及半导体生产过程的保 护气。
光亮退火、光亮淬火、渗碳、碳氮共渗、软氮化等热处理过程的 保护气等。
应用
一般认为在变压吸附分离氧氮过程中, 碳分 子筛是吸氧分子筛, 而沸石分子筛是吸气分 子筛。所以,利用碳分子筛作吸附剂, 通过变 压吸附装置, 可以从空气中分离氧和氮气, 从 而获得较高纯度的氧气、氮气。
碳分子筛用于气相色谱
碳分子筛用作气相色谱固定相。碳分子筛作 固定相对稀有气体、永久气体、气态低级烃 等有良好的分离性能。对高级烃类的分离在 色谱分析上获得了成功地应用。
催化剂载体
正如活性炭和沸石分子筛可以作催化剂载体一 样, 碳分子筛也可以作催化剂载体,由于碳分子 筛无酸碱性, 且无催化活性, 同时还具有比活性 炭更均一、更微细的微孔结构, 使催化剂能在载 体上均匀分散, 并能发挥出较高的催化活性和选 择性。
制备步骤
1.含碳材料粉碎、 预处理、加粘结剂
成型、干燥
2.成型物在惰性气 氛下碳化
3.活化
4.调孔，孔径分布 是CMS进行分离 气体的重要因素。
CMS vs ZMS
碳分子筛和沸石分子筛（ZMS）一样具有分 子大小较均匀的微孔结构, 能筛分分子。而 碳分子筛又和活性炭一样都是由碳素质新构 成的。碳分子筛和沸石分子筛相比较, 虽然 孔径相差不大, 但两者构成的基元不同, 两者 的吸附孔窗的形成不同, 因此在吸附性能上 有根本的差异。
例如,
用碳分子筛作烃类加氢催化载体, 结果是使直链烃加氢, 支链烃不发生加氢
介孔碳分子筛
…………
氮机设备的工作原理，制氮机是根据变压吸附的原理，采用高品质的碳分子筛作为吸附剂，在一
定的压力下，从空气中制取氮气。经过纯化干燥的压缩空气，在吸附器中进行加压吸附、减压脱 附。由于空气动力学效应，氧在碳分子筛微孔中扩散速率远大于氮，氧被碳分子筛优先吸附，氮 在气相中被富集起来，形成成品氮气。然后经减压至常压，吸附剂脱附所吸附的氧气等杂质，实 现再生。一般在系统中设置两个吸附塔，一塔吸附产氮，另一塔脱附再生，通过PLC程序控制器 控制气动阀的启闭，使两塔交替循环，以实现连续生产高品质氮气之目的。