Was ist ein molekulares Sieb mit Kohlenstoff?

 

Das Molekular-Sieb mit Kohlenstoff ist eine neue Art von Adsorben, die in den 1970er Jahren entwickelt wurde. Es handelt sich um ein ausgezeichnetes, unpolares, kohlenstoffbasiertes Cellulosematerial. Kohlenstoffmolekulare Siebe (CMS) werden zur Trennung und Anreicherung von Luft verwendet. Stickstoff verwendet ein Normaltemperatur- und Niederdruck-Stickstoffproduktionsverfahren, das die Vorteile geringerer Investitionskosten, einer schnelleren Stickstoffproduktion und geringerer Stickstoffkosten als das traditionelle kryogene Hochdruck-Stickstoffproduktionsverfahren bietet. Daher ist es derzeit das bevorzugte stickstoffreiche Adsorptium (PSA) für die Lufttrennung in der Ingenieurindustrie. Dieser Stickstoff wird in der chemischen Industrie, der Öl- und Gasindustrie, der Elektronikindustrie, der Lebensmittelindustrie, der Kohleindustrie, der Pharmaindustrie, der Kabelindustrie und der Metallindustrie verwendet. Er wird weit verbreitet in der Wärmebehandlung, dem Transport und der Speicherung eingesetzt.

F&E-Hintergrund

In den 1950er Jahren, mit dem Ausbruch der industriellen Revolution, wurde die Anwendung von Kohlenstoffmaterialien immer umfangreicher. Dazu gehörte das Anwendungsgebiet der Aktivkohle das PSA-Molekular-Sieb für die Stickstoffproduktion.
Die Ausdehnung erfolgt am schnellsten, von der anfänglichen Filtration der Verunreinigungen bis zur Trennung verschiedener Komponenten. Gleichzeitig ist mit dem technologischen Fortschritt die Fähigkeit der Menschheit, Materialien zu verarbeiten, immer stärker geworden. In diesem Fall sind Kohlenstoffmolekularsiebe entstanden.

Hauptbestandteile des molekularen Kohlenstoffsiebs

Der Hauptbestandteil des molekularen Kohlenstoffssiebs ist elementarer Kohlenstoff, dessen Aussehen ein schwarzer säulenförmiger Feststoff ist. Da sie eine große Anzahl von Mikroporen mit einem Durchmesser von 4 Ångström enthält, haben die Mikroporen eine starke sofortige Affinität zu Sauerstoffmolekülen und können zur Trennung von Sauerstoff und Stickstoff in der Luft verwendet werden. Das Druck-Swing-Adsorptionsgerät (PSA) wird in der Industrie zur Stickstoffproduktion eingesetzt. Ein molekulares Kohlenstoffsieb hat eine hohe Stickstoffproduktionskapazität, eine hohe Stickstoffrückgewinnungsrate und eine lange Lebensdauer. Er eignet sich für verschiedene Arten von PSA-Stickstoffgeneratoren und ist die erste Wahl für PSA-Stickstoffgeneratoren.
Die Produktion von Stickstoffdioxid mit molekularem Sieb wurde weit verbreitet in petrochemischen, Metallwärmebehandlungen, Elektronikherstellung, Lebensmittelkonservierung und anderen Industrien eingesetzt.

Arbeitsprinzip

Das molekulare Sieb von Kohlenstoff nutzt die Eigenschaften des Siebens, um den Zweck der Trennung von Sauerstoff und Stickstoff zu erreichen. Wenn das molekulare Sieb Verunreinigungsgas adsorbiert, übernehmen die Makroporen und Mesopore lediglich die Rolle der Kanäle, indem sie die adsorbierten Moleküle zu den Mikroporen und Submikroporen transportieren, und die Mikroporen und Submikroporen sind das eigentliche Adsorptionsvolumen. Wie in der vorherigen Abbildung gezeigt, enthält das molekulare Sieb des Kohlenstoffs eine große Anzahl von Mikroporen. Diese Mikroporen ermöglichen es Molekülen mit geringer dynamischer Größe, schnell in die Poren einzudiffundieren, während sie das Eindringen von Molekülen mit großem Durchmesser einschränken. Aufgrund des Unterschieds in der relativen Diffusionsrate von Gasmolekülen unterschiedlicher Größe können die Komponenten des Gasgemisches effektiv getrennt werden. Daher sollte bei der Herstellung von Kohlenstoffmolekularsieben je nach Molekülgröße die Verteilung der Mikroporen im Kohlenstoffmolekularsieb 0,28 bis 0,38 nm betragen. Im Größenbereich der Mikroporen kann Sauerstoff schnell durch die Poren der Mikroporen in die Poren diffundieren, aber es ist schwierig, dass Stickstoff durch die Poren der Mikroporen gelangt, wodurch eine Trennung von Sauerstoff und Stickstoff erreicht wird. Die Porengröße des molekularen Kohlenstoffsiebs bildet die Grundlage für die Trennung von Sauerstoff und Stickstoff. Wenn die Porengröße zu groß ist, können Sauerstoff- und Stickstoffsiebe leicht in die Poren eindringen und sich nicht trennen; und wenn die Porengröße zu klein ist, können weder Sauerstoff noch Stickstoff eintreten. In den Mikroporen gibt es keinen Trennungseffekt.