变压吸附(Pressure Swing Adsorption)技术是近几年在工业上新崛起的气体分离技术,其基本原理是利用气体组分在同体材料上吸附特性的差异以及吸附量随压力变化而变化的特性,通过周期性的压力变换过程实现气体的分离或提纯。
氮气是一种惰性保护气体。沸石分子筛吸附制氮的原理是基于非极性的O2和N2分子受到极化产生偶极,而O2和N2分子的诱导偶极与吸附剂固有的偶极具有吸附作用。在相同条件下,对N2的诱导力大于O2,因而沸石分子筛吸附N2的量大于O2的量。早期制氮所用的分子筛主要是5A和13X分子筛,然而由于它们对N2的分离效果并不好,于是现在国内外对沸石分子筛的改性研究比较多,特别是利用Li+,Ag+对X型分子筛改性。从模拟结果推知,阳离子半径越小,与N2的作用越强,而原子半径最小的是Li+,因此近几年对锂离子改性沸石研究较多。用LiX分子筛作吸附剂对氮气的吸附量比用NaX分子筛高出50%,证实了模拟的推断。
沸石分子筛变压吸附制氧气原理和氮气相同。目前市场上应用最活跃的制氧分子筛为Li基x型分子筛,但仍存在不少的问题:由于Li离子在X分子筛上的交换比较难,要达到高的交换度尤为困难,必然造成成本的增加;Li离子本身是比较贵的离子,增加交换度也意味着成本的增加;这种分子筛制氧得到的氧纯度不高,一般不会超过95%。因此,现在制氧分子筛的研究方向仍为对原有分子筛的改性及寻找新型分子筛。中国已有较多新型吸附剂问世,如北大的PU-8型富氧吸附剂,氮气吸附量大,常温常压下为22mL/g,是传统制氧分子筛的2~3倍,能耗比传统制氧分子筛低10%以上,且使用寿命长达15a,性能明显优于传统分子筛。
制二氧化碳的原理是利用同体吸附剂在一定压力下对不同气体具有选择性吸附的特性来实现CO2与其他气体组分的分离。目前研究较多的沸石分子筛吸附剂是4A,5A,13X分子筛。