Zeolite是可以作為優(yōu)秀的氧氣濃縮器材料的。隨著醫(yī)用氧氣變成奢侈品，科學(xué)家們正在研究一種更便宜的生產(chǎn)方式。通過(guò)研究?jī)?chǔ)存和分離氣體的不同材料，科學(xué)家們看到了一些負(fù)擔(dān)得起的設(shè)備（如氧氣濃縮器）解決方案的潛力，沸石就是其中之一。

一、背景闡述

人們可能曾經(jīng)認(rèn)為氧氣是一項(xiàng)人權(quán)。但大流行表明，在大多數(shù)低收入和中等收入國(guó)家，獲得純氧氣用于醫(yī)療用途是一種奢侈。獲得用于醫(yī)療的純氧是一項(xiàng)復(fù)雜、昂貴且通常非常危險(xiǎn)的業(yè)務(wù)。印度目前的局勢(shì)嚴(yán)酷地提醒人們注意這個(gè)問(wèn)題。第二波新冠肺炎疫情對(duì)這個(gè)國(guó)家造成了沉重打擊，死亡總數(shù)剛剛超過(guò)20萬(wàn)大關(guān)，因而易學(xué)氧氣供不應(yīng)求。

由于當(dāng)前的緊急情況，印度公民已轉(zhuǎn)向黑市購(gòu)買(mǎi)高于正常價(jià)格的氧氣。發(fā)生這種情況的部分原因是氧氣在世界范圍內(nèi)的生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸方式。這就是為什么像我這樣的科學(xué)家正在努力尋找更便宜的替代品。

二、技術(shù)困境

氧氣主要從液化空氣中獲得，技術(shù)人員將人們呼吸的空氣變成液體，使用多種工藝組合來(lái)冷卻氣體直至它們凝結(jié)。一旦他們?cè)O(shè)法使混合物液化，他們就會(huì)使用蒸餾——與制造威士忌和杜松子酒的過(guò)程相同——將空氣分離成不同的成分，其中包括氧氣。

這個(gè)過(guò)程需要大量的能源和龐大的工業(yè)設(shè)施，因此僅限于世界上少數(shù)幾個(gè)地區(qū)，其中大部分在全球北部。液氧必須在高壓下儲(chǔ)存和運(yùn)輸，這會(huì)造成嚴(yán)重的后勤問(wèn)題和安全問(wèn)題——氧氣確實(shí)具有爆炸性，這意味著氧氣生產(chǎn)過(guò)程中面臨的主要問(wèn)題是裝載問(wèn)題。美國(guó)依靠重型管道來(lái)輸送加壓氧氣；在歐洲，運(yùn)輸主要是通過(guò)大罐中攜帶的液氧；對(duì)于低收入國(guó)家，一般就是將氧氣置于瓶子中。但氧氣瓶市場(chǎng)被少數(shù)幾家化工公司壟斷，另外，使用瓶子還增加了另一層安全問(wèn)題，因?yàn)檎_處理它們需要一些預(yù)防措施和適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)。因此，發(fā)展中國(guó)家既缺乏生產(chǎn)液氧所需的基礎(chǔ)設(shè)施，又缺乏將其方便且廉價(jià)地運(yùn)送到醫(yī)院的基礎(chǔ)設(shè)施。

制造氧氣的另一種方法是使用濃縮器，這是一種使用一系列膜、多孔材料和過(guò)濾器選擇性去除氮?dú)獾难b置——氮?dú)庹嘉覀兇髿獾?8%。這些在70年代中期開(kāi)始生產(chǎn)，并且技術(shù)非常成熟。這種設(shè)備將空氣變成富含氧氣的氣流，通常高于95%（其余部分主要由氬氣形成）。集中器的好處是它可以作為小型設(shè)備生產(chǎn)，用于醫(yī)院或療養(yǎng)院。現(xiàn)在已有商用濃縮器，但它們價(jià)格昂貴且難以在發(fā)展中國(guó)家生產(chǎn)。

當(dāng)前，有研究團(tuán)隊(duì)研究了儲(chǔ)存和分離氣體的新型材料，其中一些為制氧機(jī)等設(shè)備提供了潛在的負(fù)擔(dān)得起的解決方案。人們開(kāi)發(fā)兩種主要類(lèi)型的材料-沸石（硅、鋁和氧的晶體）和金屬有機(jī)骨架。兩者都是高度多孔的材料。你可以把它們想象成微型的、分子大小的海綿。

像海綿一樣，這些多孔材料吸收的流體比您直觀(guān)想象的要多。盡管天然沸石和金屬有機(jī)骨架中的數(shù)百萬(wàn)個(gè)孔看起來(lái)很小，但它們的總表面積卻是巨大的。事實(shí)上，一克某些破紀(jì)錄的金屬有機(jī)框架的表面積超過(guò)7,000平方米。少量的沸石和金屬有機(jī)骨架可以?xún)?chǔ)存大量的流體，通常是氣體，它們已被用于氣體儲(chǔ)存、凈化、碳捕獲和水收集。