1. 如何使氧气从空气中分离出来

水通电分解成氧气和氢气，可以利用电解装置制取，只是速率慢。

氯酸钾在二氧化锰帮助下可以很快分解出大量氧气，用排水集气法可以收集氧气。

用排水集气法收集氧气：

在集气瓶内装满水，盖上玻璃片，倒置在水槽里，把导气管伸到集气瓶口下，在气泡进入集气瓶时，水被排出。这就是排水集气法。在收集气体时，不能在导管口有气泡冒出时就收集，要等试管内和导管内的空气排净，直到导管口气泡连续均匀放出时再收集。用带火星的木条伸入集气瓶内，如果木条燃烧起来，证明瓶里装的是氧气。

2. 如何从空气中分离氧气

工业上大规模生产氧气广泛采用液态空气分馏法。

首先使空气通过过滤器除去尘埃等固体杂质，进入压缩机压缩，再经过分子筛净化器除去水蒸气和二氧化碳等杂质气体。在这里分子筛可使氮气、氧气等较小分子通过，起到筛选分子的作用。然后进行冷却、降压，当温度降至—170℃左右时，空气开始部分液化进入精馏塔，根据空气中各气体的不同沸点进行分馏。液态氧的沸点比液态氮的沸点高，两者相比液氮更易气化。经多步分馏可以得到99%以上的纯氧，同时得到氮气和提取稀有气体的原料。

这种方法工艺复杂。如果需用纯度不高的氧气，可用分子筛吸附法分离空气，制得氧气。特定的分子筛对氮的吸附能力比氧大，当空气通过分子筛床后，流出的气体含氧量较高，经多次吸附可得含氧70~80%的气体。这种方法是常温操作，循环周期短，易于实现自动化。

另外，如需高纯度氧气，可采用电解水法生产，此法成本高，只适于小型生产。

从空气中分离出的氧气，一般是加压贮存在天蓝色的钢瓶中，以供工业、医疗或其它方面使用。

3. 如何通过分离空气制取氧气

根据变压吸附原理，采用高品质的沸石分子筛作为吸附剂，在一定来的压力下，从空气中制取氧气。

经过纯化干燥的压缩空气，在吸源附器中进行加压吸附、减压脱附。由于空气动力学效应，氮在沸石分子筛微孔中扩散速率远大于氧，氮被沸石分百子筛优先吸附，氧在气相中被富集起来，形成成品氧气。

然后经减压至常压，吸附剂脱附所吸附的氮气等杂质，实现再生。一般在系统中设置两个吸附塔，一塔吸附产氧，另一塔脱附再生，通度过PLC程序控制器控制气动阀的启闭，使两塔交替循环，以实现连续生产高品质氧气之目的。

整套系统由以下问部件组成：压缩空气净化组件、空气储罐、氧答氮分离装置、氧气缓冲罐；如需灌钢瓶，末端加装氧气增压机及充瓶装置。

4. 如何实现空气中氮气和氧气的分离

空气的主要成分是氮气（占78%）和氧气（占21%），因此，可以说空气是制备氮气和氧气取之不尽的源泉。氮气主要用于合成氨、金属热处理的保护气氛、化工生产中的惰性保护气（开停车时吹扫管线、易氧化物质的氮封、压料）、粮食贮存、水果保鲜和电子工业等。氧气主要用于冶金、助燃气、医疗、废水处理和化学工业中的氧化剂等。如何廉价地分离空气制取氧气和氮气，这是化工工作者长期潜心研究解决的问题。

工业上分离空气的传统方法是采用深冷分离法，即将空气冷却到-150℃以下，再用低温精馏的方法实现分离。该法可以同进得到氮气和氧气，还可以得到液氮和液氧。但是，低温精馏法存在能耗高、流程长、启动过程长、设备维护要求高等缺点，因此近十几年来受到了变压吸附法和膜分离法等新兴分离方法的严峻挑战。

变压吸附法 变压吸附法分离空气的机理有两种。一种是利用5A沸石分子筛的选择吸附特性，即5A沸石分子筛对氮气的平衡吸附量大于对氧气的平衡吸附量，这样当空气通过沸石床层时氮气就被吸附，流出氧气作为产品。当沸石吸附氮气饱和后，停止通入空气，并把床层抽成真空，抽出的氮气作为产品。另一种是利用碳分子筛的运态吸附特性，即碳分子筛对氧气和氮气的平衡吸附量相差不大，但由于氧气的分子尺寸（2.8*3.9）比氮气的分子尺寸（3.0*4.1）小，因而氧气在碳分子筛中的扩散速度快，吸附量也大，于是氧气在碳分子筛中的扩散速度快，吸附量也大，于是氧气被吸附，流出氮气作为产品。隔一段时间后，停止通入空气，把床层抽真空使碳分子筛再生。该法通常是在吸附阶段为0.1~0.5*106Pa、解吸阶段为常压或真空及常温的条件下进行的，在工业上很容易实现。

用变压吸附法分离空气可以得到富氧空气和99.9%的纯氮气，耗电量均小于1.0kwh/m3。目前，世界上用5A沸石分了筛制氧以日本最为成熟，氧浓度可达96%，耗电量仅为0.4kwh/m3。

总之，用变压吸附法分离空气具有能耗低、流程短、开停车时间短、自动控制、产品浓度可调等等优点，可望有较大的发展。

膜分离法 膜法分离空气利用的是渗透原理，即氧气和氮气在非多孔高分子膜内的扩散速率不同。当氧气和氮气吸附在高分子膜表面时，由于膜两侧存在着浓度梯度，使气体扩散并通过高分子膜，接着在膜的另一侧解吸。因为氧气分子的体积小于氮气分子，因而氧气在高分子膜内的扩散速率大于氮气，这样，当空气通入膜的一侧时，在另一侧就可以得到富氧空气，同一侧得到氮气。

用膜法分离空气可以连续得到氮气和富氧空气。目前的高分子膜对氧、氮分离的选择性系数只有3.5左右，渗透系数也较小。分离得到的产品氮气浓度为95~99%，氧气浓度仅为30~40%。膜法分离空气一般是在常温和压力为0.1~0.5*106Pa的条件下操作的。

由于变压吸附法和膜法的崛起，中小规模的深冷空分装置已开始让出一部分市场。目前，变压吸附法和膜法的主要缺点是产品浓度不够高、回收率较低，这要通过改进吸附剂和高分子膜来克服。

5. 如何实现空气中氮气和氧气的分离

空气的主要成分是氮气（占78%）和氧气（占21%），因此，可以说空气是制备氮气和氧气取之不尽的源泉。

氮气主要用于合成氨、金属热处理的保护气氛、化工生产中的惰性保护气（开停车时吹扫管线、易氧化物质的氮封、压料）、粮食贮存、水果保鲜和电子工业等。氧气主要用于冶金、助燃气、医疗、废水处理和化学工业中的氧化剂等。

如何廉价地分离空气制取氧气和氮气，这是化工工作者长期潜心研究解决的问题。工业上分离空气的传统方法是采用深冷分离法，即将空气冷却到-150℃以下，再用低温精馏的方法实现分离。

该法可以同进得到氮气和氧气，还可以得到液氮和液氧。但是，低温精馏法存在能耗高、流程长、启动过程长、设备维护要求高等缺点，因此近十几年来受到了变压吸附法和膜分离法等新兴分离方法的严峻挑战。

变压吸附法 变压吸附法分离空气的机理有两种。一种是利用5A沸石分子筛的选择吸附特性，即5A沸石分子筛对氮气的平衡吸附量大于对氧气的平衡吸附量，这样当空气通过沸石床层时氮气就被吸附，流出氧气作为产品。

当沸石吸附氮气饱和后，停止通入空气，并把床层抽成真空，抽出的氮气作为产品。另一种是利用碳分子筛的运态吸附特性，即碳分子筛对氧气和氮气的平衡吸附量相差不大，但由于氧气的分子尺寸（2.8*3.9）比氮气的分子尺寸（3.0*4.1）小，因而氧气在碳分子筛中的扩散速度快，吸附量也大，于是氧气在碳分子筛中的扩散速度快，吸附量也大，于是氧气被吸附，流出氮气作为产品。

隔一段时间后，停止通入空气，把床层抽真空使碳分子筛再生。该法通常是在吸附阶段为0.1~0.5*106Pa、解吸阶段为常压或真空及常温的条件下进行的，在工业上很容易实现。

用变压吸附法分离空气可以得到富氧空气和99.9%的纯氮气，耗电量均小于1.0kwh/m3。目前，世界上用5A沸石分了筛制氧以日本最为成熟，氧浓度可达96%，耗电量仅为0.4kwh/m3。

总之，用变压吸附法分离空气具有能耗低、流程短、开停车时间短、自动控制、产品浓度可调等等优点，可望有较大的发展。膜分离法 膜法分离空气利用的是渗透原理，即氧气和氮气在非多孔高分子膜内的扩散速率不同。

当氧气和氮气吸附在高分子膜表面时，由于膜两侧存在着浓度梯度，使气体扩散并通过高分子膜，接着在膜的另一侧解吸。因为氧气分子的体积小于氮气分子，因而氧气在高分子膜内的扩散速率大于氮气，这样，当空气通入膜的一侧时，在另一侧就可以得到富氧空气，同一侧得到氮气。

用膜法分离空气可以连续得到氮气和富氧空气。目前的高分子膜对氧、氮分离的选择性系数只有3.5左右，渗透系数也较小。

分离得到的产品氮气浓度为95~99%，氧气浓度仅为30~40%。膜法分离空气一般是在常温和压力为0.1~0.5*106Pa的条件下操作的。

由于变压吸附法和膜法的崛起，中小规模的深冷空分装置已开始让出一部分市场。目前，变压吸附法和膜法的主要缺点是产品浓度不够高、回收率较低，这要通过改进吸附剂和高分子膜来克服。