制氮机中使用的碳分子筛（Carbon Molecular Sieve, CMS） 是一种具有高度发达微孔结构和特定孔径分布的无定形碳质吸附材料。它是变压吸附（PSA）制氮技术的，其工作原理基于气体分子在微孔道内扩散速度的差异（动力学分离），而非传统的平衡吸附分离。

以下是关于制氮机用碳分子筛的关键信息：

1. 功能：选择性吸附氧气

* 动力学分离原理： 氧气（O₂）分子的动力学直径（约0.346纳米）略小于氮气（N₂）分子的动力学直径（约0.364纳米）。

* 控制的孔径： 碳分子筛经过特殊工艺处理，其内部拥有大量尺寸均一、直径在0.3-0.5纳米（典型值约0.3-0.4纳米）的微孔。这个孔径范围被精心设计为略大于氧气分子但小于或非常接近氮气分子。

* 扩散速率差异： 在加压吸附阶段，尺寸较小的氧气分子能快速扩散进入碳分子筛的微孔内部并被吸附；而尺寸稍大的氮气分子扩散速度极其缓慢，在设定的吸附周期（通常只有几秒到几十秒）内，绝大部分氮气分子来不及进入微孔就被气流带出吸附塔。

* 结果： 在吸附塔出口处，短时间内就能获得富集的氮气产品气。

2. 材料特性：

* 原料： 通常以煤（如煤、烟煤）、椰壳、果壳、木质、合成树脂等高含碳物质为前驱体。

* 制造工艺： 工艺包括碳化（高温缺氧裂解形成碳骨架）和活化/孔径调节。关键的一步是孔径精细调控，通过控制碳沉积（如化学气相沉积 CVD）或活化程度，在碳骨架上形成目标尺寸的微孔，并尽量减少不需要的大孔和中孔。

* 物理性质：

* 高比表面积： 提供大量的吸附位点。

* 高硬度与耐磨性： 承受PSA工艺中频繁的加压/减压循环和气流冲刷，减少粉化，延长寿命。

* 良好的疏水性： 不易被空气中的水分优先吸附而影响性能。

* 化学稳定性： 耐酸、碱、（在制氮工况下）。

3. 在PSA制氮系统中的作用：

* 通常填充在制氮机的吸附塔中。

* 在加压阶段，空气中的氧气和少量气、二氧化碳、水蒸气被快速吸附，氮气作为产品气输出。

* 在减压（解吸） 阶段，释放被吸附的气体（主要是氧气、水汽等），使分子筛再生，为下一个吸附周期做准备。

* 两个或多个吸附塔交替进行吸附和解吸，实现连续生产氮气。

4. 优势：

* 分离： 基于动力学原理，分离速度快，。

* 高氮气产率与纯度： 可生产纯度从95%到99.999%甚至更高（需多级或特殊工艺）的氮气。

* 能耗低： 相比深冷空分，PSA制氮启动快、能耗显著降低。

* 操作简便、自动化程度高： 设备紧凑，维护相对简单。

* 无污染、无噪音： 物理分离过程，环保性好。

总结：

碳分子筛是PSA制氮机的“心脏”。它通过其精密控制的微孔结构（孔径约0.3-0.5纳米），利用氧气和氮气分子微小的尺寸差异（动力学直径差约0.02纳米）导致的扩散速度不同，在极短的加压时间内选择性吸附氧气，让扩散缓慢的氮气得以通过并富集为产品气。这种基于动力学分离原理的性，结合其高硬度、耐磨性、疏水性和化学稳定性，使得碳分子筛成为现代、节能、便捷的现场制氮技术不可或缺的关键材料。