Als Hochleistungsadsorptionsmittel werden Kohlenstoffmolekularsiebe in vielen Bereichen um uns herum häufig eingesetzt. Schauen wir uns ihre Adsorptionseigenschaften gegenüber Stickstoff und Sauerstoff genauer an.
Kohlenstoffmolekularsiebe können sowohl Sauerstoff als auch Stickstoff aus der Luft adsorbieren; Die adsorbierte Menge nimmt mit dem Druck zu, und bei jedem gegebenen Druck gibt es keinen signifikanten Unterschied in der Gleichgewichtsadsorptionskapazität zwischen den beiden Gasen. Folglich ist es schwierig, Sauerstoff und Stickstoff allein auf der Grundlage von Druckänderungen effektiv zu trennen. Durch Berücksichtigung der Adsorptionsrate können jedoch die Eigenschaften der Sauerstoff- und Stickstoffadsorption effektiv unterschieden werden. Sauerstoffmoleküle haben einen kleineren Durchmesser als Stickstoffmoleküle und diffundieren hunderte Male schneller; Daher ist die Adsorptionsrate für Sauerstoff sehr schnell und erreicht innerhalb von etwa einer Minute über 90 %. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Stickstoffadsorption nur etwa 5 %; Daher besteht das adsorbierte Gas überwiegend aus Sauerstoff, während der nicht adsorbierte Teil hauptsächlich aus Stickstoff besteht.
Wenn also die Adsorptionszeit auf eine Minute begrenzt wird, kann eine vorläufige Trennung von Sauerstoff und Stickstoff erreicht werden. Mit anderen Worten: Adsorption und Desorption werden durch Druckunterschiede gesteuert: Die Adsorption erfolgt bei steigendem Druck und die Desorption bei sinkendem Druck. Die Differenzierung zwischen Sauerstoff und Stickstoff wird durch die Steuerung der Adsorptionszeit gesteuert; Indem die Dauer sehr kurz gehalten wird, wird der Sauerstoff vollständig adsorbiert, während der Prozess angehalten wird, bevor eine nennenswerte Stickstoffadsorption auftritt. Daher wird bei der Stickstofferzeugung durch Druckwechseladsorption (PSA) der Druck zyklisch und die Zykluszeit auf innerhalb einer Minute gesteuert.