二十世紀(jì)五十年代，伴隨著工業(yè)革命的大潮，碳材料的應(yīng)用越來越廣泛，其中活性碳的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展快，從最初的過濾雜質(zhì)逐漸發(fā)展到分離不同組份。與此同時(shí)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，人類對(duì)物質(zhì)的加工能力也越來越強(qiáng)，在這種情況下，碳分子篩應(yīng)運(yùn)而生。六十年代，碳分子篩在美國最先制造成功并很快推廣應(yīng)用，最初，碳分子篩是被用作從空氣中分離氧氣的吸附劑，后來逐漸應(yīng)用在制取氮?dú)獾难b置上。到了七十年代未、八十年代初，世界各國對(duì)氮?dú)獾男枨罅坎粩嘣黾�，而變壓吸附制氮技術(shù)也逐漸成熟起來，進(jìn)一步推動(dòng)了碳分子篩制造技術(shù)的發(fā)展。
到了一九八二年，美國和日本的氮?dú)猱a(chǎn)量相繼超過了氧氣，此時(shí)，變壓吸附制取的氮?dú)庖呀?jīng)占氮?dú)饪偖a(chǎn)量的18%左右，由于變壓吸附制氮所占的市場份額越來越大，世界各主要工業(yè)國家都投入了資金研發(fā)變壓吸附用碳分子篩，其中，美國、日本、德國在技術(shù)上處于優(yōu)先地位。一直到今天，世界上主要的碳分子篩生產(chǎn)廠家也還是分布在這些國家。比較著名的有美國的Calgon公司、普萊克斯公司；日本的巖谷公司、武田公司；德國的BF公司等。其中，美系分子篩在國內(nèi)所占市場份額很小，德系和日系分子篩廠家在國內(nèi)都有代理公司，因而所占市場份額也是大的。
碳分子篩的原料為椰子殼、煤炭、樹脂等，第一步先經(jīng)加工后粉化，然后與基料揉合，基料主要是增加強(qiáng)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(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)，以擴(kuò)大比表面積逐步形成孔洞活化造孔時(shí)間從10～60min不等；第三步調(diào)節(jié)微孔結(jié)構(gòu)，利用化學(xué)物質(zhì)的蒸氣：如苯在碳分子篩微孔壁進(jìn)行沉積來調(diào)節(jié)孔的大小，使之滿足要求。
在分子篩吸附雜質(zhì)氣體時(shí)，大孔和中孔只起到通道的作用，將被吸附的分子運(yùn)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。
我們知道，利用碳分子篩變壓吸附制氮是靠范德瓦爾斯力(van der Waals force,即分子間作用力)來分離氧氣和氮?dú)獾模虼�，分子篩的比表面積越大，孔徑分布越均勻，并且微孔或亞微孔數(shù)量越多，吸附量就越大；同時(shí)，如果孔徑能盡量小，范德瓦爾斯力場重疊，對(duì)低濃度物質(zhì)也有更好的分離作用。因此，在變壓吸附(PSA)制氮設(shè)備中，分子篩的性能直接關(guān)系到整套設(shè)備的產(chǎn)氣量及能耗，所以，選擇合適的吸附劑是重中之重。
