減少大氣中的二氧化碳濃度是當前氣候科學與工業脫碳領域中最緊迫的挑戰之一。為此，碳捕捉與封存（Carbon Capture and Storage, CCS）已成為最有效的應對策略之一，其核心技術主要包含固體吸附法與液體吸收法。雖然兩種方法都至關重要，本文將聚焦於固體吸附劑，在這一領域，深入理解質傳動力學——特別是氣體分子在材料多孔結構中的擴散行為——是設計高效分離系統的基礎。
為了開發和優化這些固體吸附材料，研究人員需要精確評估其性能，從吸附容量、選擇性到動力學特性，每一個參數都直接影響著最終的應用成效。AMI 的 BTsorb 100 穿透曲線與質傳分析儀 正是為此而設計的綜合性動態吸附分析儀，專門用於穿透曲線測試、競爭性吸附分析，以及更深入的質傳動力學研究。尤其在動力學分析方面，它提供了兩種專用的擴散研究模式：管柱層析法與零長柱（ZLC）法，為研究人員提供了探測質傳現象的客製化工具。
為何擴散係數如此重要？
氣體在多孔材料中的吸附過程大致可分為三個階段：
在多數情況下，表面吸附的速率極快，可以忽略不計。因此，整個吸附過程的快慢取決於質傳過程，而外擴散或內擴散中最慢的步驟，便成為決定整體吸附速率的關鍵。精確測量反映此過程的 擴散係數，對於理解吸附劑的動力學性能、篩選高效材料及優化工業製程至關重要。
擴散係數測量方法比較：管柱法 vs. 零長柱（ZLC）法
BTsorb 100 提供了兩種專門的擴散研究模式，讓研究人員能根據不同的目標選擇最適合的分析方法。
管柱層析法：將極小脈衝的吸附質注入流經填充吸附劑管柱的載氣中。通過對出口處展寬的濃度響應峰（層析峰）進行數學建模分析，計算出包含系統效應的總體質傳係數。
此方法測得的數據反映了整個吸附系統的綜合質傳性能，包含吸附劑的填充狀況、流體動力學等系統參數的影響。這對於評估和優化實際填充床反應器的整體性能非常有價值。
零長柱（ZLC）法 ：將極少量（~mg級）的吸附劑樣品薄層預先吸附飽和，然後用高流速的惰性氣體進行吹掃。通過分析出口處吸附質濃度的衰減曲線（脫附曲線），可直接求解材料的內在擴散係數。俗稱晶內擴散散係數。
ZLC 法旨在最小化外部質傳阻力的影響，從而測量出更接近 材料本身的內在（或晶內）擴散係數。這對於新材料的基礎研究、篩選和開發尤其重要，能提供關於材料本質特性的洞察。
“這種雙重性使研究人員能夠回答兩個根本不同的問題：使用 ZLC 法可以回答「我的新材料本質上是否足夠快？」，而使用管柱層析法可以回答「我的填充床系統在真實流體動力學下的表現是否符合預期？」”
變壓吸附（Pressure Swing Adsorption, PSA）等工業氣體分離製程屬於資本密集型投資，若其設計基於有缺陷的模擬數據，將導致運行效率低下、能源浪費以及代價高昂的投產後故障排除。這些模擬的真實性直接取決於其輸入參數的品質，其中，擴散係數正是預測動態行為的關鍵核心。
透過 BTsorb 100 等先進儀器測得的精確擴散係數，可以被直接輸入專業模擬軟體中。使用者不僅能進行穿透曲線預測和循環穩定性模擬，還能模擬吸附床的熱分佈，並分析選擇性和親和力。這使得研究人員能夠在投入大量資源進行放大生產之前，有效地預測吸附床的實際性能、優化操作週期（例如吸附與脫附的時間），從而大幅節省開發時間與成本，加速新技術從實驗室走向工業化的進程。
從基礎材料的動力學特性探索，到複雜工業製程的優化設計，精準測量擴散係數扮演著不可或缺的角色。透過為研究人員同時提供管柱層析法與零長柱（ZLC）法，分析平台能夠實現一種多尺度的診斷方法——從驗證整個填充床的性能，到分離出吸附劑晶體本身的內在動力學特性。
最終，一個像 BTsorb 100 這樣能夠整合穿透曲線分析、擴散係數測定及製程模擬數據的平台，徹底轉變了研發工作流程。它提供了一條從基礎材料特性分析到驗證製程模擬的無縫路徑，賦予研究人員能力去降低放大生產的決策風險，並加速將下一代碳捕捉技術從實驗室推向工業現實的步伐。
