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分子过滤机的简单介绍

来源：互联网 2022-05-21 15:01:38

印度新冠疫情进入高峰，大量重症患者急需氧气救治，然而印度氧气生产企业产能严重不足，造成越来越多人在漫长等待中窒息而亡。

印度氧气供应不足

氧气并不稀缺，空气中有21%是氧气，这足以满足我们的需要。但对于肺部严重受损的患者来说，他们需要浓度更高的纯氧才能维持生命。我们规定医用级氧气浓度不低于99.5%，美国USP标准是不低于93%，印度规定在90%~96%之间，要求还是相对宽松的。

纯氧是如何制取的分子过滤机？印度氧气供应短缺到底是成本太高、技术复杂还是别的什么原因？

学过化学的朋友大多知道电解水能制取氢气和氧气，当我们给水通上直流电，电流会将水分子拆开，在电源的正极会产生氧气，同时在负极会产生氢气。需要注意的是，用电解法制取气体需要用直流电，否则氢气和氧气会混在一起。

电解水可以获取氧气

一般情况下工业制氧不会采用电解法，虽然氧气纯度高，但成本也很高。

如果你坐过飞机，起飞前都能看到美丽的空姐演示氧气面罩使用方法：当在飞行过程中遭遇机舱失压时，头顶上方的氧气面罩会自动脱落，你稍用力向下拉面罩再戴到头上，就能呼吸到大约二十分钟的纯氧。有的朋友以为每个座位都配有氧气罐，其实并不是这样，它是依靠化学反应产生氧气的。

飞机上都有氧气发生器

在飞机座位上方有一套化学制氧机，里边主要装着氯酸钠（NaClO3）和另一些化合物，当往下拉氧气面罩时，放热化学物质混在一起释放出超过260℃的高温，氯酸钠在高温下分解为氯化钠（盐）和氧气。

2 NaClO3 →2 NaCl + 3 O2

这样子制氧的好处是快，并且不依赖空气，比较适合用在飞机、潜艇等密闭空间。它的缺点是成本太高，一锤子买卖，只能用来争取顶多几十分钟的时间，不适合给病人维持生命。医院里使用的医用氧气通常是工业化制取的。

工厂里灌装氧气瓶

工业化制氧说到底就是利用气体的物理性质将氧气从空间中分离出来。

大多数物质通常有三种形态：固态、液态和气态。只要温度足够低，气体也能变成液体甚至固体。在工厂里会在冷却的同时对空气进行加压，这样可以大幅度提高气体的液化温度。在一个标准大气压下，氧气的液化温度是90.2K（开尔文），氮气是77.4K，而二氧化碳在194.7K时会直接凝华成固体。随着温度的降低，空气中少量的水蒸气和二氧化碳首先被过滤掉，紧接着氧气也会变成液体被从空气中分离出来，这个过程被称为分馏。

分馏法制氧气示意图

分馏法可以获得纯度超过99%的氧气，但这种方法需要一整套复杂的设备，并且冷却和加压的过程也比较耗能。印度的制氧工厂大多采用加压吸附的办法分离出氧气。

干燥空气中约有78.1%的氮气和21%的氧气，其它气体占比极少。氧气与氮气分子大小不一样，因此可以用过滤的办法把两种气体分开。

沸石是一种铝硅酸盐矿物，有“分子海绵”之称，它既能天然开采也可以人工合成，总体来说成本不高。沸石分子之间结合成一种多孔结构，小分子能够顺利穿过，更大些的分子会被堵截在另一边。

通过沸石的分子筛分离氧气

由于无须加压制冷，也少了复杂昂贵的分馏塔，用沸石进行分子过滤就显得格外简单，我们常见的家用制氧机就是用的这种设备。不同的是，工厂化制氧的设备要大许多，产气量也会更高。

印度氧气生产被控制在几家像Inox这样的大型企业手里，它们每天能生产几千吨医用氧气，但氧气制出来后怎么运输是个难题分子过滤机；另外数百家作坊式的小工厂也能制取氧气，这些作坊规模都不大，不足以应对爆发式的需求。

印度制氧作坊

读到这里你应该明白了：氧气在地球上并不是个稀罕东西，提取它的技术也不复杂，只要你有最基本的工业手段，就能从空气中分离出足够多的纯氧来满足病人的需要。前提条件是在疫情爆发后的一年多时间里你要对它的发展趋势做出准确判断，建设足够多的氧气工厂、保证电力供应。如果做到了，就能救许多人的性命，否则就只能指望柴火和恒河水足够多了。