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碳分子筛的制备与应用研究进展

赵海华;李广学;任少阳;彭飞;马钊;董安周;段艳文

【摘要】综述了碳分子筛的各种制备方法，如炭化法、气体活化法、碳沉积法等，

介绍了碳分子筛在气体分离、除杂脱色、催化等领域的应用，并提出了碳分子筛的

研究热点展望。%ThepreparationmethodofCarbonMolecularSievesuch

ascarbonization,gasactivation,chemicalvapordepositionarereviewedin

thispaper.AlsotheapplicationofCarbonMolecularSieveingas

separation,edulcorationanddecoloration,catalysis.Finallyoutlookthe

applicationprospectoftheCarbonMolecularSieve.

【期刊名称】《安徽化工》

【年(卷),期】2015(000)001

【总页数】3页(P9-11)

【关键词】碳分子筛;制备;应用

【作者】赵海华;李广学;任少阳;彭飞;马钊;董安周;段艳文

【作者单位】安徽理工大学化学工程学院，安徽淮南232001;安徽理工大学化学

工程学院，安徽淮南232001;安徽理工大学化学工程学院，安徽淮南232001;安

徽理工大学化学工程学院，安徽淮南232001;安徽理工大学化学工程学院，安徽

淮南232001;安徽理工大学化学工程学院，安徽淮南232001;安徽理工大学化学

工程学院，安徽淮南232001

【正文语种】中文

【中图分类】TQ424.1

碳分子筛（CarbonMolecularSieve，CMS）广义上是拥有纳米级超细微孔的一

种非极性炭质吸附材质，狭义上是微孔分布较均匀的活性炭，因其由无定形炭与结

晶炭组成，所以碳分子筛的孔隙结构很发达，并且具有独特的表面特征[1]。因为

CMS的楔形微孔与被吸附分子直径大小接近，大部分是有效微孔，并且具有根据

分子大小调整CMS孔径大小的特点，从而具有筛选分子的能力。CMS独特的孔

隙结构以及稳定的化学性质使其在化学工业中应用广泛，此外，在氮氢生产、废水

处理、环境保护、军事国防、防毒面具等领域也得到广泛的应用。

关于碳分子筛最早的报道是二十世纪中期艾米特发现热解sarancopolymer的炭

化物具有筛分作用。几十年来，德国、日本、美国、前苏联等都在这一研究领域取

得较大进展。二十世纪70年代初BF公司（现为DMT公司）成为第一个成功研

究出用于变压吸附制氮的碳分子筛的公司。国际上主要的生产碳分子筛的国家有德

国BF公司、日本武田公司以及美国卡尔冈炭化公司[2]。炭分子筛在我国的研究始

于二十世纪70年代末，主要是吉林石油化工设计院、上海化工研究院、大连理工

大学等单位。我国早期的碳分子筛主要是以含碳量较高的煤炭为原料，分别由上海

化工研究院和吉林石油化工设计院开发成功，制得的产品和其他国家有很大差距。

二十世纪80年代初期大连理工大学开发出了空分碳分子筛的生产方法，1992年

果壳制碳分子筛新工艺技术实现工业化[3]，2006年煤基空分用碳分子筛的制备技

术实现工业化，产品性能达到国际领先水平。

制备碳分子筛的原料很多，来源也很广。理论上可由不同的初始材料经过不同的制

备工艺，得到孔径大小和分布各异的碳分子筛。实验表明，低灰分产率、高含碳量

和高挥发分的原料比较适合制备高性能的碳分子筛[4]。

1.1碳分子筛的制备原料

影响碳分子筛性能的因素有很多，其中原料是决定其性能的首要因素。碳分子筛的

制备材料种类很多，从自然的产物到人工合成的高分子聚合物，主要有三类：

（1）各种不同煤化程度的煤（包括泥煤、褐煤、长烟煤、烟煤、无烟煤等）[5]，

从煤化程度低的泥煤到优质的无烟煤及它们的混合物均可作为原料。煤的衍生物主

要包括煤的氢化液化产物和煤低温干馏的煤焦等。

（2）天然植物，主要是植物的核或坚果壳，如核桃壳[6]、木料[7]、椰子壳等各

种果壳以及植物纤维素。

（3）有机高分子聚合物，如酚醛树脂、萨兰树脂、芳香族聚酸胺纤维等。

1.2碳分子筛的制备方法

碳分子筛的制备方法一般包含以下步骤：①原料碾碎、预处理（有些可以不用）、

加粘结剂成型、干燥；②成型后在惰性气氛