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自然界中存在一种天然硅铝酸盐,它们具有筛分分子、吸附、离子交换和催化作用。这种天然物质称为沸石,人工合成的沸石也称为分子筛。分子筛的化学组成通式为:(M)2/nO· Al2O3·xSiO2·pH2O,M代表金属离子(人工合成时通常为Na),n代表金属离子价数, x代表SiO2的摩尔数,也称为硅铝比,p代表水的摩尔数。分子筛骨架的基本结构是 SiO4和AlO4四面体,通过共有的氧原子结合而形成三维网状结构的结晶。这种结合形式,构成了具有分子级、孔径均匀的空洞及孔道。由于结构不同,形式不同,“笼”形的空间孔洞分为α、β、γ、六方柱、八面沸石等 “笼”的结构。A型、X型和Y型分子筛的晶体结构见图1,图2。
自然产生的碳由三种同位素组成:12C和13C为稳定同位素,而14C则具放射性,其半衰期约为5,730年。碳是少数几个自远古就被发现的元素之一,是构成碳基生物的基本元素。
碳分子筛可以同时吸附空气中的氧和氮,其吸附量也随着压力的升高而升高,而且在同一压力下氧和氮的平衡吸附量无明显的差异。因而,仅凭压力的变化很难完成氧和氮的有效分离。如果进一步考虑吸附速度的话,就能将氧和氮的吸附特性有效地区分开来。氧分子直径比氮分子小,因而扩散速度比氮快数百倍,故碳分子筛吸附氧的速度也很快,吸附约1分钟就达到90%以上;而此时氮的吸附量仅有5%左右,所以此时吸附的大体上都是氧气,而剩下的大体上都是氮气。这样,如果将吸附时间控制在1分钟以内的话,就可以将氧和氮初步分离开来,也就是说,吸附和解吸是靠压力差来实现的,压力升高时吸附,压力下降时解吸。而区分氧和氮是靠两者被吸附的速度差,通过控制吸附时间来实现的,将时间控制的很短,氧已充分吸附,而氮还未来得及吸附,就停止了吸附过程。因而变压吸附制氮要有压力的变化,也要将时间控制在1分钟以内。
深冷空分制氮原理
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