碳分子篩是20世紀(jì)七十年代發(fā)展起來的一種新型吸附劑，是一種優(yōu)良的非極性碳素材料，制氮碳分子篩(Carbon Molecular Sieves，CMS)用于分離空氣富集氮氣，采用常溫低壓制氮工藝，比傳統(tǒng)的深冷高壓制氮工藝具有投資費用少，產(chǎn)氮速度快、氮氣成本低等優(yōu)點。因此，它是工程界的變壓吸附(簡稱P.S.A)空分富氮吸附劑，這種氮氣在化學(xué)工業(yè)、石油天然氣工業(yè)、電子工業(yè)、食品工業(yè)、煤炭工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、電纜行業(yè)、金屬熱處理、運輸及儲存等方面廣泛應(yīng)用。

碳分子篩是利用篩分的特性來達到分離氧氣、氮氣的目的。在分子篩吸附雜質(zhì)氣體時，大孔和中孔只起到通道的作用，將被吸附的分子運送到微孔和亞微孔中，微孔和亞微孔才是真正起吸附作用的容積。如前圖所示，碳分子篩內(nèi)部包含有大量的微孔，這些微孔允許動力學(xué)尺寸小的分子快速擴散到孔內(nèi)，同時限制大直徑分子的進入。由于不同尺寸的氣體分子相對擴散速率存在差異，氣體混合物的組分可以被有效的分離。因此，在制造碳分子篩時，根據(jù)分子尺寸的大小，碳分子篩內(nèi)部微孔分布應(yīng)在0.28～0.38nm。在該微孔尺寸范圍內(nèi)，氧氣可以快速通過微孔孔口擴散到孔內(nèi)，而氮氣卻很難通過微孔孔口，從而達到氧、氮分離。微孔孔徑大小是碳分子篩分離氧、氮的基礎(chǔ)，如果孔徑過大，氧氣、氮氣分子篩都很容易進入微孔中，也起不到分離的作用；而孔徑過小，氧氣、氮氣都不能進入微孔中，也起不到分離的作用。

國產(chǎn)分子篩由于受條件限制，對孔徑大小控制的不是很好。市面上銷售的碳分子篩微孔孔徑分布在0.3～1nm，只有巖谷分子篩做到了0.28～0.36nm。碳分子篩的原料為椰子殼、煤炭、樹脂等，步先經(jīng)加工后粉化，然后與基料揉合，基料主要是增加強度，防止破碎粉化的材料；第二步是活化造孔，在600～1000℃溫度下通入活化劑，常用的活化劑有水蒸氣、二氧化碳、氧氣以及它們的混合氣。它們與較為活潑的無定型碳原子進行熱化學(xué)反應(yīng)，以擴大比表面積逐步形成孔洞活化造孔時間從10～60min不等；第三步為孔結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)，利用化學(xué)物質(zhì)的蒸氣：如苯在碳分子篩微孔壁進行沉積來調(diào)節(jié)孔的大小，使之滿足要求。

長期以來，碳分子篩成為日本和德國壟斷的產(chǎn)品，2000年以前國內(nèi)80%的份額被其占有，國際市場上更是如此。碳分子篩技術(shù)通過長興化工廠引進國內(nèi)，國內(nèi)碳分子篩廠家主要分布在長興、山東、宣城、等地。國產(chǎn)分子篩逐步搶占了大部分市場份額，但要想在這個行業(yè)做大做強，自主創(chuàng)新，提高產(chǎn)品性能指標(biāo)，打破技術(shù)貿(mào)易壁壘。

行業(yè)發(fā)展
根據(jù)國際國內(nèi)的分析，碳分子篩行業(yè)呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢：，隨著變壓吸附制氮機的使用范圍不斷擴大，對碳分子篩的需求不斷增加，這將進一步促進行業(yè)發(fā)展，未來幾年，這一行業(yè)將從一個生僻的行業(yè)變得眾所周知。其次，隨著應(yīng)用深度的提高，對碳分子篩的產(chǎn)氮量、氮回收率、堆密度、抗壓強度等指標(biāo)的要求越來越高，進一步提高產(chǎn)品性能指標(biāo)將是這一行業(yè)今后發(fā)展的大趨勢。第三，由于碳分子篩是變壓吸附制氮機的主要構(gòu)成要素，成本占整個設(shè)備的70%以上，因此，降低成本將是促進本行業(yè)發(fā)展的重要條件。今后一個時期，各企業(yè)將會在采用新材料新工藝方面不斷探索，爭取用低成本達到高水平。

我國碳分子篩的研發(fā)是在上個世紀(jì)八十年代開始的，比美國晚大約二十年。當(dāng)時國際市場有供應(yīng)的主要是德國BF和日本武田產(chǎn)的碳分子篩，價格約在20萬元/噸，但其產(chǎn)氮量為100NM3/h.t左右，到九十年代升級為產(chǎn)氮量185NM3/h.t。當(dāng)時國產(chǎn)碳分子篩（長興中泰的前身長興化工廠產(chǎn)）的產(chǎn)氮量只有140NM3/h.t，指標(biāo)雖然落后有近30%的差距，但也改寫了中國只能依賴進口碳分子篩的歷史，實現(xiàn)了從無到有的一次飛躍！又由于國產(chǎn)碳分子篩的價格低廉，從而迫使進口碳分子篩的價格有了大幅度的下降，為國家節(jié)約了外匯的同時也推動了國內(nèi)PSA制氮裝置的蓬勃發(fā)展。