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活性炭在防化装备领域中应用

归档日期:06-12       文本归类:防化装备器材      文章编辑:爱尚语录

  在收集的这6个炭样中4。、5。、6。为从使用厂家收集的合格的活性炭样品,由图1可知,其他活性炭样品的质量 均优于4。和5。,而且在这6个样品中,除4。和5’的亚甲 基蓝吸附值为150 mg/g外,其余活性炭样品均大于 150 mg/g的亚甲基蓝吸附值,所以通过粉状活性炭实物 脱色进一步验证,将柠檬酸脱色用颗粒活性炭的亚甲基 蓝吸附值定在150 mg/g是合适的。 3结论 3.1在确定产品指标的过程中,遵循了既保证产品质量 又不增加产品成本的原则,对生产厂家和使用厂家的活 性炭产品的性能指标进行统计性研究。 3.2通过采样统计和具体实验相结合的方法,最后确定 Ei 图1滤液吸光度EI与(E.一E。)/m的关系柠檬酸脱色用颗粒活性炭质量指标分别为:粒度分布355—900 prn的90%,<355 pan的3%;亚甲 基蓝吸附值150 mg/g;强度92%;灰分5%;水分lo%;pH值在4.0—7.5 2.19;表观密度在 0.4—0.55 g/mL之间;铁含量0.15%;重金属含量O.005%。 参考文献:(略) 活性炭在防化装备领域中的应用 (山西新华化工有限责任公司,山西太原030008)摘要: 活性炭因其具有优良的物理化学特性和独特的孔结构,被广泛应用于防护滤毒材料的制备中。近年来,随着 科学技术的不断发展,大量高新材料也应用于防化装备中,但活性炭在防化装备领域中的应用地位仍是其他材料所无法 取代的。新时期为了提高我军防化装备的水平,有必要不断探索活性炭在防化装备领城中的发展。基于活性炭的材料 特性及防毒机理.概述了活性炭、浸溃活性炭及活性炭纤维在防护装备领域中的应用。 关键词: 活性炭;防护;应用 活性炭是一种用途十分广泛的吸附剂、催化剂及催化剂载体。问世100多年来,活性炭在研究、制 造及应用方面得到了不断的发展和完善。特别是从第二次世界大战结束后,活性炭的应用领域日益扩 展,应用数量不断递增,可以这样说,凡是一个新兴产业的出现,活性炭立即就渗透到这个产业中去,即 使是尖端领域,像宇航、电子、通信、能源、生物工程和生命科学等,也无一不用活性炭。1916年俄国化 学家谢林斯基发明了世界上第一个装有活性炭的防毒面具,20世纪20年代的第一次世界大战中装有 粒状炭的防毒面具应用于战争中,由此揭开了活性炭在防化装备领域中的应用。如今,随着科学技术的 不断发展,活性炭的新用途不断增加,大量高新技术材料也应用于防化装备中,但活性炭在防化装备领 域中的应用地位仍然是其他材料所无法取代的。因此,新时期我们有必要不断探索活性炭在防化装备 领域中的发展。 1活性炭应用于防化装备领域的发展史 活性炭很早就被用于防化装备技术中,第一次世界大战期间,战场上出现毒剂以后,是用浸有化学 143药品(乌洛托品)的口罩,作为呼吸道防护器材,因一开始战场上出现的毒剂是氯气,因此,浸渍口罩就 可以解决问题。但随着战争的发展,战场上出现一系列的毒剂,像光气、氯化苦、二苯氯胂:---苯氰胂、苯 氯乙酮、AsH扑PH,、HCN和CNCI,对这些毒剂的防护,仅靠浸渍口罩难以防护了,这时战场上就出现了 用活性炭来吸收毒剂蒸汽的防毒面具。从此,防毒技术进入一个新的发展阶段,用物理吸附代替了有选 择性的化学吸附,为现代防毒面具奠定了基础. 伴随小分子质量的、低沸点的、高挥发度的毒剂(如氰氢酸、氯化氰等)的出现,给防毒面具发展提 出了薪的课题,由于这些毒剂特殊的物理化学性质,致使它们不能很好地为当时的活性炭所吸附,而成 为穿透面具的毒剂。为了防护这些难吸附的毒剂,一些国家的研究者又回到化学吸附这条途径上,对活 性炭的浸渍进行了大量的研究,即在活性炭上浸渍各种化学物质制成浸渍活性炭。从第二次世界大战 开始,浸渍活性炭即被大规模地用来防护各种化学毒物。 2活性炭及浸渍炭在防化装备中的应用 2.1活性炭及浸渍炭的防毒机理 活性炭是用含碳为主的物质经炭化和活化制得的具有发达的孔隙结构和巨大的比表面积,可作为 吸附剂、催化剂和催化剂载体的多功能材料。 浸渍炭是在活性炭上浸渍各种化学物质制成的滤毒材料。早期的滤毒材料有碱石灰、活性炭,目前 国内比较通用的滤毒材料是浸渍活性炭。浸渍炭的滤毒机理是以物理吸附、化学吸附、催化分解作用使 毒剂蒸汽被吸附在活性炭微孑L内,或与浸渍成分起反应生成无毒产物附着在滤毒材料表面上,或由催化 水解作用使毒剂蒸汽分解生成无毒产物,使染毒空气得到净化。 防化装备领域用的浸渍炭必须严格地符合防化器材的各项规定。通常选用颗粒度均匀的小颗粒作 基炭,为防止使用过程中的磨损,基炭必须有足够的机械强度。浸渍炭在常温下既要对一些大分子有毒 化合物进行防护,又要对一些小分子难吸附的有毒物质进行催化分解或化学吸附,活性炭本身的性质会 大大影响浸渍炭的活性。 2.2活性炭及浸渍炭在化学防护上的应用 活性炭及浸渍炭在化学防护上主要用于防毒面具滤毒罐、防护服内层材料、集体防护器材(滤毒通 风装置)等3个方面。 活性炭广泛用于防毒面具,因使用者不同,如工厂用或军用;因防毒类型不同,有防硫化氢、有机气 体或氯化苦、氯化氰等类型,及因防护对象不同所用活性炭而异,有专用活性炭和浸渍活性炭。防毒面 具有口鼻罩和全面罩两类,其主体是内装活性炭、浸渍活性炭或催化剂等其他材料的滤毒罐或滤毒盒。 活性炭应用于防毒服内层材料的制备,通常采用喷涂活性炭的炭绒布作透气式防毒服的内层材料, 先进的防毒服内层材料有活性炭纤维复合织物、微球活性炭复合织物等。 我军对军用活性炭和浸渍活性炭已有通用规范(GJB 1468—1992),适用于防毒面具等使用的活 性炭和浸渍活性炭。通用基炭用于制备各种通用浸渍炭,通用浸渍炭用于装填普通军用防毒面具、 滤毒罐和集体防护过滤吸收器。专用活性炭用于各种专用浸渍炭,专用浸渍炭用于特殊目的滤毒罐 和固定安装的毒剂过滤设备及集体防护过滤吸收器。如核工业救援、火箭推进剂防护、海军核潜艇 的过滤设备等。在军用浸渍炭中,常用的浸渍成分主要是一些金属物质(如Cu、Cr、Ag、zn、V、Mo、 Co、Mn等)以及一些有机化合物(有机酸、有机碱)。最常用的是ASC型浸渍炭(浸渍成分为Cu、Cr、 As),后来又在ASC型浸渍炭中加入一些有机碱,如吡啶、三乙烯二胺等,以提高其稳定性。该类浸 渍炭对氯化氰、氢氰酸、砷化氢、光气等小分子化合物具有良好的防护能力,几十年来在化学防护领 域是一种主导产品。但由于金属铬是一种有害物质,因而近年来发展了一类无铬型的浸渍炭。主要 是使用zn、V、Mo等一些金属物质和有机酸、有机碱等取代ASC浸渍炭中的铬,以消除金属铬对人体 的危害。目前无铬型浸渍炭在军用防护器材中已经取得了广泛的应用,同时已经普遍使用于工业防 护面具和人防器材中。 1442.3专用浸渍炭在集体防护滤毒通风装置中的应用 专用浸渍炭用于滤除通用滤毒材料不能有效防护的有害气体,如:一氧化碳、全氟异丁烯或某些场 合已知种类的气体(如导弹发射场的氧化剂、潜艇内某些工作部位产生的有害气体、宇航舱内人员排泄 臭气、核电站的放射性污染等),专用浸渍炭针对性强,比通用材料更畿有效地滤除某些已知有毒有害 气体。 2.3.1 防一氧化碳材料一氧化碳产生于氧气不足的燃烧情况或大火、枪炮发射时的火药气体、空气 燃料爆炸、油机尾气等,对一氧化碳的防护材料采用霍加拉特剂。 2.3.2 防全氟异丁烯材料含氟有机气体是浸渍炭难以吸附的有毒气体,用浸渍多种有机氨的高比表 面积活性炭可以将全氟异丁烯有效滤除,新型滤毒器采用含铜铬银的浸渍炭层之后复加一层有机氨的 炭,增大了滤毒器的防护谱。 2.3.3防甲基碘、碘同位素材料在核电站所产生的放射性尾气中主要含有放射性的单质碘、甲基碘、 有机碘以及其它一些挥发性化合物,人们长时期在此环境中呼吸时,吸人体内的放射性物质对人产生危 害。通用的浸渍炭对蒸气状碘有一定吸附能力,但对甲基碘消除效果差。采用微孔发达的椰壳炭浸渍 碘化钾、EDTA等材料可以更有效地吸附滤除放射性碘、微粒碘和甲基碘。 2.3.4除臭材料潜艇乘员和航天人员在密闭环境中长时问工作时,大小便排泄物污染内部环境空 气,主要成分有氨、硫化氢和吲哚,活性炭除臭效果差。浸渍硫酸铜的活性炭对空气中的含硫和含氨成分 形成稳定的化学络合物,吸附容量增大,除臭效果最佳。 2.3.5蓄电池舱内气体净化要求潜艇靠电力推进,蓄电池数量很多,在充放电过程中有少量锑化氢、 砷化氢、氯气、硫酸雾等有害气体产生,危害艇员健康,通用军用浸渍炭对这些酸性气体吸附容量有限, 选用特种浸渍炭为吸附材料可满足使用寿命要求。 3活性炭纤维在防护装备中的应用 活性炭纤维(简称ACF)亦称纤维状活性炭,是利用炭纤维和活性炭技术相结合发展起来的一种新 型炭质吸附材料。与活性炭相比,活性炭纤维具有微孔发达、孔径分布窄、比表面积大、吸附速度快、滤 阻小等特点,因此作为一种新型防护材料被广泛应用。活性炭纤维具有较优良的吸附性能,可以吸附多 种化学物质和微生物,在防护装备中具体应用其防毒、抗菌和核防护性能。活性炭纤维在防护装备中的 应用主要是防毒面具、防护服和防护口罩。 3.1活性炭纤维的防毒性能 活性炭纤维在防化服中的应用,主要是依靠铺展一防液渗透一吸附的防毒机理。在防毒的同时,人 体产生的汗液蒸汽和热量向外散发能满足防护性能与穿着舒适性的基本平衡。活性炭纤维是典型的微 孔炭,含有大量的微孔,微孔中的相对孔壁产生吸附力的迭加,引起微孔内吸附质的量有所增加。 活性炭纤维主要用于过滤式防毒面具中,防护服按其材料可分为:不透气防护服和透气式防护服两 种。透气式防护服可分为化学浸渍服和含炭透气服。活性炭纤维是制备含炭透气服的主要材料之一。 活性炭纤维防护口罩是由ACF内芯、无纺布内罩、白色棉布外罩和鼻夹组成,ACF对SO:、NO。H:S等 无机污染气体和甲烷、乙烯、乙醇、甲苯、二甲苯等挥发性有机化合物都具有一定的吸附清除能力。采用 ACF做滤芯的防护口罩。其性能是普通纱布口罩所无法比拟的。 活性炭纤维在防护装备中的应用是以活性炭纤维复合织物为含炭层,这种技术采用纤维状活性炭 与聚酸织物、聚酯胺织物或棉织物复合,经过阻燃等后处理技术,实现防毒、阻燃、防水、防油、伪装等功 能。与其他形态的活性炭相比,纤维状活性炭成型性好,易于制成各种形态的织物,更易于与其他织物 的复合,制成的防化服体积小,便于战争中应用。 3.2活性炭纤维的抗菌性能 在人体皮肤表层上存在着一定量的微生物群,细菌过量繁殖时,就会导致皮肤感染,引发疾病。活 性炭纤维因其优异的吸附性能,微生物易在活性炭纤维上附着,因此可以吸附大量的细菌。但是活性炭 145纤维织物并不能灭菌,于是利用活性炭纤维的氧化还原特性通过浸渍法、热分解法和混合法等方法制备 载银、碘、银/锰等元素粒子的活性炭纤维来灭菌。载银活性炭纤维随着银含量增加将有助于灭菌率提 高。载碘活性炭纤维灭菌是靠碘直接卤化菌体蛋白质,产生沉淀使细菌死亡。而载银/锰金属元素的活 性炭纤维具有抗菌除臭功能。活性炭纤维除可防御常规细菌外,还可防御空气中传播的细菌,据外国新 闻媒介报道,美国发明了一种吸附效果超强的活性炭纤维,可以防御空气中传播的细菌和神经毒气炭疽 菌等,医务人员的普通口罩只能防尘,无法达到对飞沫传播、空气传播的病毒的防护,因此可采用活性炭 纤维作为防护材料。 3.3活性炭纤维的核防护性能 活性炭纤维对化学物质及化学辐射具有高效的吸附特性,因此还可用于制成防辐射的防护服和核 电站的防护材料。在核工厂、有高压电子设备以及x射线的环境中,需要特殊的能够防射线的防护服。 这种防护服一般采用共聚物涂层,但为了提高舒适性,使人体产生的汗气能通过服装散发出去,现在核 防护服中加入一定比例的活性炭纤维。活性炭纤维还可用于核废气净化和核电站防护材料等方面。 4活性炭及浸渍炭在防化装备领域中应用的发展前景 活性炭及浸渍炭是一种有效的防毒吸附剂,一种高效的化学防护材料,未来防化器材的核心滤毒材 料,仍将以活性炭及浸渍炭为基础。就目前的防护装备来看,活性炭及浸渍炭作为滤毒材料仍将是其他 材料所不可替代的。如果把活性炭及浸渍炭的吸附性能提高20%~30%,就可以为提高防化器材的 性能创造更大的发展空间。 近年来,随着催化科学技术的迅速发展,许多新型高性能、广谱性的催化剂研制成功。未来5一15 年,军用防化器材要在现有技术基础上尽可能采用高新技术,努力实现军用防护技术的跨越式发展.在 军用滤毒材料技术的发展方向上,将侧重于高性能活性炭和催化剂的研究、高性能用防毒炭的研究、抗 陈化技术研究、压块成型工艺研究、航天除臭类用炭、防核辐射专用炭、球形活性炭复合织物、活性炭纤 维复合织物、掺炭纤维的研究。 5结语 活性炭作为防化装备领域中重要的防护材料,随着科技的进步,活性炭制备技术将会有更大的改善 和更广阔的发展空间,不断探索活性炭技术的发展以及活性炭与其他材料揉合、复合后产生的新功能在 防护装备中的应用对于提高我军新时期防化装备水平,促进防护技术和防护器材的发展具有十分重要 的意义。 参考文献:(略)

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