正确发挥活性炭在防毒面具中的作用

正确发挥活性炭在防毒面具中的作正确发挥活性炭在防毒面具中的作 用用 1 引言 随着工业化程度的不断提高 化学工业的飞速发展 由此产生 的各种危害也日益增多 这些危害不仅对环境造成污染 也对 人类自身的健康造成影响 特别对在有污染物排放的企业工作 的劳动者 他们是污染的直接受害者 如不进行安全的个体防 护 最终会导致各种职业病 甚至有生命危险 为了预防控制 职业病 保护劳动者的健康 我国在 2002 5 1 日开始实施 中 华人民共和国职业病防治法 这是我国开展劳动保护工作的 重要法律依据 其中法定的职业病中有 80 与呼吸系统有关 那么可见呼吸系统的防护是个体防护装备的重点 过滤式防毒面具是一种在不缺氧 即含氧量大于 18 的环境 下佩戴的呼吸防护用品 其作用是将染毒的气体 放射性灰尘 及细菌 病毒等过滤 使配戴者呼吸净化后的空气 而滤毒罐 盒 作为过滤元件是过滤式防毒面具的重要组成部分 起过 滤作用的装填层是由颗颗料状的活性炭或浸渍活性炭组成 它 依靠活性炭的物理吸附和浸渍活性炭的化学吸附以及催化吸附 滤除各种有毒气体 2 活性炭的性质 活性炭是以优质煤或果壳为原料 经过加工成型 炭化 活化 等工艺过程制成的一种多孔性的主要含碳 含少量氢和氧等元 素的物质 具有一定的机械强度和高度发达的孔隙结构及巨大 的比表面积 每一克活性炭就有几百平方米的表面积 因而 具有极强的吸附能力 包括了物理吸附 化学吸附和催化吸附 等 在各行业中获得了广泛的应用 如用于脱色 脱臭 脱硫 脱苯 在个体防护中利用活性炭的这一特点 针对不同类型 的毒气 生产了各种颗粒活性炭和浸渍活性炭 作为工业防毒 面具的装填层 由于原材料和制造工艺不同 活性炭的孔隙系统呈多分散分布 包含微孔 中孔 大孔 孔径分别为 20 20 2000 2000 微孔的大小与分子尺寸相当 而 大孔则能用普通光学显微镜观察到 正是这种宽大的孔隙分布 使得活性炭能吸附各种不同大小的分子 无显著的选择性 也 就是受干扰的因素很多 它的化学组成 主要含碳 决定了它 的表面呈非极性特征 因而 活性炭的吸队特性可以显示出极 其复杂的多样性 而且有一些特性是区别于其它类型的吸附剂 活性炭的吸附能力 即防护时间 可用下面的麦克林伯格方程 来描述 a0 h h c0 v 1 式中 防护时间 min a0 活性炭吸附容量 mg cm3 b0 毒气浓度 mg l v 气流比速 l min cm2 h 炭层厚度 cm h 无效层厚度 cm 由上式可知 活性炭的吸附容量越大 炭层的厚度越厚 防护 时间就越长 反之 毒气浓度越大 气流比速越大 防护时间 就越短 但上式却没有提及湿度等对防护时间的影响 对这些 因素的影响 一般使用者也缺乏足够的了解和应有的重视 下 面采用三组 3 号滤毒盒 即利用活性炭的物理吸附净化有机气 体并与过滤式防毒面具配套 为样品 进行不同毒气浓度 空 气湿度和试验气流量时的防护时间测定 以明确这些因素的综 合影响 3 影响活性炭吸附性能的几个因素 3 1 毒气浓度的影响 参照 gb t2892 1995 过滤式防毒面具滤毒罐性能试验方法 和 t7702 10 1997 煤质颗粒活性炭试验方法防护时间的测 定 的测定方法 用 1 型动态吸附分析装置 在温度为 20 空气相对湿度为 50 3 通过滤毒盒的试验气流量为 30 0 3 l min 的试验条件下 将含有一定苯蒸气的混合空气 不断的通过滤毒盒 从通入毒气开始计时 至毒气透过滤毒盒 且浓度达到规定值 用 2 的 nano2 硫酸溶液为指示剂 这 段时间间隔为该滤毒盒对苯蒸气的防护时间 而苯蒸气的浓度 则是根据防护时间内舟形瓶中苯的减少量及试验气流量计算得 出 浓度的大小则通过控制流量计的液柱高度来实现 将第一 组样品 测定在不同浓度苯蒸气中的防护时间 得出如下结果 见表 1 为便于比较 将所测得的防护时间通过下式换算为标 准浓度 对于 3 号滤毒盒的标准浓度为 5 0mg l 下的防护时间 即标准防护时间 t 标准 t 实测 c 实测 c 标准 2 式中 t 标准 滤毒罐 盒 的标准防护时间 min t 实测 试验浓度下的防护时间 min c 实测 试验毒气的浓度 mg l c 标准 规定的标准浓度 mg l 见表 从表 1 可以看出 这是对麦克林伯格方程的一个充分验证 在 其它试验条件相同的情况下 苯浓度不同 防护时间绝对是有 差异的 活性炭是一种表面能量分布不均匀的吸附剂 它对低 浓度的蒸汽或分子有较强的吸附能力 所以苯蒸气浓度低 防 护时间就长 苯蒸气浓度高 防护时间就短 即滤毒盒的防护 时间的长短 与所处的工作环境有很大的关系 工作环境中污 染物的浓度低 则防毒面可佩戴的时间就长 否则可佩戴的时 间就短 所以使用者在佩戴时 最好要明确所处的工作环境中 毒气浓度是多大 另外是否还有其它影响防护时间的组分 因 活性炭能吸附各种不同大小的分子 吸附时无显著的选择性 也能估计所佩戴的滤毒盒可以佩戴的时间有多长 才能保证防 毒面具的有效防护 3 2 空气湿度的影响 将第二组 3 号滤毒盒去掉密封包装 暴露在相对湿度为 72 80 的潮湿空气中 在不同时间后 同试验一的试验装 置和试验条件下测试防护时间 结果见表 2 见表 从表 2 可以看出 样品在潮湿的空气中暴露的时间越长 防护 时间就越短 而且从盒的增重也能看出 暴露的时间越长 增 重越大 防护时间的下降也更为明显 此试验受条件限制 暴 露的时间不够长 如能在潮湿的空气中暴露的时间加长 结果 会更明显 曾经有一个企业的产品原来质量一直较好 可有一次样品委托 检验后 标准防护时间只有 15min 而 gb2890 1995 中规定 3 号滤毒盒的标准防护时间须达到 45min 才能合格 为了分析原 因 我们将同一批滤毒盒中的活性炭取出 置于烘箱中烘干 4h 取出并冷却 然后重新装入滤毒盒 烘干前后的重量分别 为 98 克和 84 克 都包括盒体 差值达到 14 克 说明活性炭 已附了空气中的潮气和其它气体 使吸附容量大大降低 导致 防护时间大大缩短 但经过烘干处理后的同一批滤毒盒的标准 防护时间又提高到了 70min 由此可见湿度的影响程度很大 对此 提醒生产者对于活性炭产品一定注意要有密性包装 而 对使用者则应注意使用活性炭产品时 只有包装完好 且在有 效期内的产品 才能放心使用 否则宁可舍弃 也要保证个体 防护的有效性 并且在夏季或潮湿的环境中使用该产品时 防 护时间也会相应减少 需要说明的是 这里讨论的影响规律是指以活性炭的物理吸附 为基础得出的 它吸附的对象是低沸点 易挥发的有机气体 而对于其它的吸附机理 可能有不同的规律 使用时要注意区 别对待 3 3 试验气流量的影响 gb2890 1995 过滤式防毒面具通用技术条件 中规定的试 验气流量是 30 0 3 l min 这是依据人的平均呼吸量而定的 而实际工作时 每人的呼吸量会因人的肺活量和工作强度不同 而不同 可从 20l min 静态 变化到 150l min 剧烈运动状态 变化范围不是较大 为了观察呼吸量大小对防护时间的影响 对第三组 3 号滤毒盒做了如下试验 在温度 空气相对湿度 苯浓度等其它试验条件基本不变 试验过程同试验一的情况下 提高试验时气体的流量 测试防护时间 得到如下结果 表 3 见表 从上面的结果可看出 试验气流量与防护时间是成反比的 即 流量越大 防护时间越短 因为活性炭的吸附容量是一定的 也就是说 佩戴了装有活性炭的防护用品 其实际的防护时间 会随每个人的肺活量和劳动强度不同而有很大差异 所以对同 样的防护用品 其实际的防护时间不仅要考虑环境的影响 还 要考虑每个人身体状况的差异和工种的不同 对肺活量大的人 和从事劳动强度大的工种的用户 所佩戴的防护用品 其有效 的防护时间比其他人肯定会少 4 结束语 以上试验是依据标准在规定的实验室条件下 如有限定的温度 湿度 气体流量等 而且是用单一有害气体做代表物 得出 的结论 那么面对实际的作业环境 情况比较复杂 首先是温 度 湿度不恒定 且每个人的呼吸量有差异 特别是环境中污 染物组成不是单一的 加上过滤元件的制备和装填过程能否保 持一致 而且现在又没有有效的指示防护失效的方法 给使用 者带来安全隐患 而从上述试验的结果分析 了解了浓度 空 气湿度和试验气流量对活性炭防护时间的影响 这些因素对防 毒面具能否起到有效的作用是非常关键的 综合考虑以上因素 为了有效利用活性炭的特性 保证防毒面具的正确使用 应注 意以下几点 4 1 对生产个体防护用品的企业 要严格控制活性炭的制备条件 和装填工序 保证产品的质量 对产品要有密封包装 并注意 标明各种标识 防护对象及标准防护时间 生产日期 有效期 限 使用说明 注意事项等 保证用户安全 正确的使用 4 2 对使用个体防护用品的工业部门 首先是要保证提供合格的 产品 有关部门对作业环境中污染物要进行定性和定量的检测 对使用者进行必要的职业卫生培训 并对每个人进行肺活量制 定 对劳动强度不同的工种要区别对待 以便能用标示的标准 防护时间和实际的浓度用公式