沸石可以作为优秀的氧气浓缩器材料

随着医用氧气变成奢侈品，科学家们正在研究一种更便宜的生产方式。通过研究储存和分离气体的不同材料，科学家们看到了一些负担得起的设备（如氧气浓缩器）解决方案的潜力，沸石就是其中之一。

一、背景阐述

人们可能曾经认为氧气是一项人权。但大流行表明，在大多数低收入和中等收入国家，获得纯氧气用于医疗用途是一种奢侈。获得用于医疗的纯氧是一项复杂、昂贵且通常非常危险的业务。印度目前的局势严酷地提醒人们注意这个问题。第二波新冠肺炎疫情对这个国家造成了沉重打击，死亡总数刚刚超过20万大关，因而易学氧气供不应求。

由于当前的紧急情况，印度公民已转向黑市购买高于正常价格的氧气。发生这种情况的部分原因是氧气在世界范围内的生产、储存和运输方式。这就是为什么像我这样的科学家正在努力寻找更便宜的替代品。

二、技术困境

氧气主要从液化空气中获得，技术人员将人们呼吸的空气变成液体，使用多种工艺组合来冷却气体直至它们凝结。一旦他们设法使混合物液化，他们就会使用蒸馏——与制造威士忌和杜松子酒的过程相同——将空气分离成不同的成分，其中包括氧气。

这个过程需要大量的能源和庞大的工业设施，因此仅限于世界上少数几个地区，其中大部分在全球北部。液氧必须在高压下储存和运输，这会造成严重的后勤问题和安全问题——氧气确实具有爆炸性，这意味着氧气生产过程中面临的主要问题是装载问题。美国依靠重型管道来输送加压氧气；在欧洲，运输主要是通过大罐中携带的液氧；对于低收入国家，一般就是将氧气置于瓶子中。但氧气瓶市场被少数几家化工公司垄断，另外，使用瓶子还增加了另一层安全问题，因为正确处理它们需要一些预防措施和适当的培训。因此，发展中国家既缺乏生产液氧所需的基础设施，又缺乏将其方便且廉价地运送到医院的基础设施。

制造氧气的另一种方法是使用浓缩器，这是一种使用一系列膜、多孔材料和过滤器选择性去除氮气的装置——氮气占我们大气的78%。这些在70年代中期开始生产，并且技术非常成熟。这种设备将空气变成富含氧气的气流，通常高于95%（其余部分主要由氩气形成）。集中器的好处是它可以作为小型设备生产，用于医院或疗养院。现在已有商用浓缩器，但它们价格昂贵且难以在发展中国家生产。

当前，有研究团队研究了储存和分离气体的新型材料，其中一些为制氧机等设备提供了潜在的负担得起的解决方案。人们开发两种主要类型的材料-沸石（硅、铝和氧的晶体）和金属有机骨架。两者都是高度多孔的材料。你可以把它们想象成微型的、分子大小的海绵。

像海绵一样，这些多孔材料吸收的流体比您直观想象的要多。尽管沸石和金属有机骨架中的数百万个孔看起来很小，但它们的总表面积却是巨大的。事实上，一克某些破纪录的金属有机框架的表面积超过7,000平方米。少量的沸石和金属有机骨架可以储存大量的流体，通常是气体，它们已被用于气体储存、净化、碳捕获和水收集