三、碳分子筛（CMS）
CMS主要成分为元素碳，含有大量直径约为3Å的微孔，利用筛分的特性达到氮氧分离。根据分子尺寸的大小，在该微孔尺寸范围内，氧气可以快速通过微孔孔口扩散到孔内，而氮气却很难通过微孔孔口，从而达到氧、氮分离。
北京化工大学卢洪等[15]利用色谱扰动-应答方法测定了德国BF公司生产的碳分子筛上氮氧的吸附特性，得出气体在CMS上为微孔扩散控制，吸附平衡遵从Henry定律。因此碳分子筛可利用氮氧在碳分子筛表面上的扩散速率不同而进行分离，较小直径的氧分子扩散较快而在分子筛固相中富集。由于氧分子直径小于氮，且其磁化率远高于其他空气组分，因此提高碳分子筛空分能力可通过调节孔径实现。军事医学科学院朱学军等人[16]认为碳分子筛内部微孔分布在0.28nm～0.38nm时，氧气能快速扩散到孔内而氮气很难通过微孔孔口，从而达到氧氮分离。翟宇恺等人[17]等人用硝酸镍溶液浸渍碳分子筛，发现其对氮气的吸附量有所增加，且能够再生，可被循环利用。胡新影等人[18]将碳分子筛和A型分子筛组合形成二级吸附层，经工艺模拟发现可制得99.06%的纯氧，可有效降低制氧成本。
碳分子筛膜是碳分子筛的一种成型方式，制备方法有聚合物溶液涂覆法、单体溶液浸渍涂覆法、单体气相沉积法和化学气相沉积法等，其中涂膜液组成、成膜方法和炭化条件影响成膜质量。碳分子筛膜作为一种重要的分离材料，兼具分子筛筛分与膜渗透的特点，具有优良的机械强度、耐热性好和分离性能高的优点而受到研究者的重视[19]。宋成文等[20]制备了具有高氧氮分离比的聚糠醇碳分子筛膜，并发现随着膜中超微孔尺寸的减小，氧氮的选择性增加，说明调节孔径能有效提高分离比。张煜等[21]制备了具有介孔中间层平板复合碳膜，发现在最佳工艺条件下制备的复合碳膜对氧气/氮气的分离系数为11.3，氧气的渗透速率比无介孔中间层的复合碳膜提高了近5倍。大连理工大学的张兵[22]研究了分子筛碳膜的制备、微结构及气体分离性能，发现碳膜存在两种孔结构形式，气体渗透性取决于其中的超微孔，选取制备碳膜的最优条件，发现氧氮分离比可达24.6。
展 望
综合分析三种分子筛，发现离子交换改性是提高分子筛吸附能力的关键，而且混合金属离子比单一金属离子在分子筛吸附能力和热稳定性方面效果更为突出。而且，在引入混合离子的同时，要考虑交换度及交换顺序对吸附材料的影响，只有当碱金属/碱土金属交换度大于70%以上时才能明显改善吸附性能。采用多种类型分子筛在制氧浓度、氮氧分离及工艺成本方面比单一组分更具优势。碳分子筛膜兼具分子筛筛分与膜渗透的特点，展示出来优良的应用前景。
作者：吴传淑 王卫国