氧氣、氮氣、一氧化碳及甲烷都是重要的工業(yè)原料氣體。隨著工業(yè)的發(fā)展，這些原料氣體的需求量不斷地增加，使N2/O2分離、N2/CH4分離、CO/N2分離及CO/CH4分離具有非常重要的工業(yè)意義。工業(yè)上氣體分離過程有深冷法、吸附分離法等。過去二十多年來，吸附分離法取得了很大的發(fā)展，尤其是變壓吸附(PSA)循環(huán)的逐漸完善，使得氣體吸附分離更為經(jīng)濟有效。吸附劑是PSA氣體分離技術的基礎，吸附劑的性能直接影響最終分離效果，甚至影響工藝步驟的選擇和PSA的生命力。適用于PSA的吸附劑必須對目的氣體有高的吸附容量和分離選擇性；吸附劑的分離選擇性系數(shù)Α只有在大于3時，PSA過程才具有經(jīng)濟性；當Α低于2時，就很難設計出一個滿意的PSA分離過程。在工業(yè)上，孔隙率高且通常用于氣體或蒸氣混合物分離的吸附劑主要有沸石分子篩、活性炭、活性粘土、硅膠及活性氧化鋁。沸石分子篩以其規(guī)整的晶體結構、均勻一致的孔分布和可調變的表面性質在吸附分離領域得到廣泛應用。

沸石分子篩用于氣體吸附分離的理論基礎

沸石分子篩是結晶硅鋁酸鹽，普通化學式為：Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y]·mH2O.它在氣體分離過程中備受歡迎的一些獨特性能是：

a.晶體三維微孔結構賦予其很高的熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性；

b.與活性炭等吸附劑不同，其孔結構均勻一致，孔大小分布單一；

c.通過不同骨架外陽離子交換，可以調變其孔的尺寸；

d.通過改變骨架硅鋁比，可調變其表面極性；

e.與其它類型吸附劑相比，即使在較高的溫度

和較低的吸附質分壓下，仍有較高的吸附容量。

PSA過程主要是基于以下因素：

沸石分子篩是一種離子型極性吸附劑，孔道表面高度極化，即沸石晶穴內(nèi)部有強大的庫侖場和極性使其易于吸附極性較強、極化率較大的分子。當沸石分子篩晶體粉末與粘合劑經(jīng)擠壓成型時，晶體微粒間形成大孔，這些大孔與晶粒自身的微孔構成了雙分散二級孔結構，使其更加符合工業(yè)氣體分離方面的應用。影響沸石分子篩氣體吸附分離的因素主要是，沸石分子篩的孔道(尤其是孔口)的幾何因素和沸石分子篩的骨架外陽離子產(chǎn)生的電子因素。這幾種氣體分子的大小和極性都較為接近。但是，沸石分子篩能將氣體有效分離的奧妙在于，沸石分子篩通過離子交換等改善其表面電性和調變其孔口尺寸，從而使具有微小極性差異的氣體分子分離開。

總之，沸石分子篩具有適應工業(yè)氣體分離要求的獨特結構，同時可通過離子交換、改變硅鋁比、調變骨架元素等方面對其改性，從而實現(xiàn)N2/O2，CH4/N2，CO/N2及CO/CH4的有效分離。