碳分子篩是利用篩分的特性來達到分離氧氣、氮氣的目的。在分子篩吸附雜質氣體時，大孔和中孔只起到通道的作用，將被吸附的分子運送到微孔和亞微孔中，微孔和亞微孔才是真正起吸附作用的容積。如前圖所示，碳分子篩內部包含有大量的微孔，這些微孔允許動力學尺寸小的分子快速擴散到孔內，同時限制大直徑分子的進入。由于不同尺寸的氣體分子相對擴散速率存在差異，氣體混合物的組分可以被有效的分離。因此，在制造碳分子篩時，根據分子尺寸的大小，碳分子篩內部微孔分布應在0.28～0.38nm。在該微孔尺寸范圍內，氧氣可以快速通過微孔孔口擴散到孔內，而氮氣卻很難通過微孔孔口，從而達到氧、氮分離。微孔孔徑大小是碳分子篩分離氧、氮的基礎，如果孔徑過大，氧氣、氮氣分子篩都很容易進入微孔中，也起不到分離的作用；而孔徑過小，氧氣、氮氣都不能進入微孔中，也起不到分離的作用。

國產分子篩由于受條件限制，對孔徑大小控制的不是很好。市面上銷售的碳分子篩微孔孔徑分布在0.3～1nm，只有巖谷分子篩做到了0.28～0.36nm。碳分子篩的原料為椰子殼、煤炭、樹脂等，步先經加工后粉化，然后與基料揉合，基料主要是增加強度，防止破碎粉化的材料；第二步是活化造孔，在600～1000℃溫度下通入活化劑，常用的活化劑有水蒸氣、二氧化碳、氧氣以及它們的混合氣。它們與較為活潑的無定型碳原子進行熱化學反應，以擴大比表面積逐步形成孔洞活化造孔時間從10～60min不等；第三步為孔結構調節，利用化學物質的蒸氣：如苯在碳分子篩微孔壁進行沉積來調節孔的大小，使之滿足要求。

長期以來，碳分子篩成為日本和德國壟斷的產品，2000年以前國內80%的份額被其占有，國際市場上更是如此。碳分子篩技術通過長興化工廠引進國內，國內碳分子篩廠家主要分布在長興、山東、宣城、等地。國產分子篩逐步搶占了大部分市場份額，但要想在這個行業做大做強，自主創新，提高產品性能指標，打破技術貿易壁壘。

國際市場
隨著變壓吸附技術的不斷成熟，制氮機的應用領域越來越寬闊，國際上對碳分子篩的需求也越來越大，歐美等發達國家的需求量每年都穩步增長，近幾年發展中國家的需求量更是突飛猛進，每年以成倍的速度增長，保守估計，2013年國際上碳分子篩總需求量在數十萬噸以上。

在國產碳分子篩以質優全球的同時，碳分子篩及制氮裝置還有很多工作要做。一是積極研制環保型碳分子篩生產工藝，以為碳分子篩企業向大中型規模化企業發展創造基礎；二是碳分子篩品牌針對不同的用氮場所的工藝要求，可再細分為以節能型、普氮型及長周期型等；再者，在行業方面，積極探索同行間友好競爭發展模式，如強強聯合和資本聯合等，以創造國際品牌企業。

該裝置一般稱為制氮機。其工藝流程是采用在常溫下變壓吸附法（簡稱P.S.A法），變壓吸附為無熱源的吸附分離過程，碳分子篩對被吸附組份（主要是氧分子）的吸附容量因上述原理在充壓、產氣時吸附，在降壓排氣時解吸，使碳分子篩再生。同時，床層氣相富集的氮氣穿過床層成為產品氣，各步驟連為循環操作。
變壓吸附過程循環操作包括：充壓、產氣；均壓；降壓、排氣；然后再充壓、產氣；……幾個工作階段，形成循環操作過程。其根據流程的再生方法不同，可分為真空再生流程和常壓再生流程。
P.S.A制氮機設備根據用戶的需要可包括空氣壓縮純化系統、變壓吸附系統、閥門程序控制系統（真空再生的還需帶有真空泵），及氮氣供應系統。