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正确发挥活性炭在防毒面具中的作用

1　引言

　　随着工业化程度的不断提升，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作者，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，保护劳作者的健康，我国在2002-5-1日开始实施《中华人民共和国职业病防治法》，这是我国开展劳作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庞大的比表面积〔每一克活性炭就有几百平方米的表面积〕，因而具有极深的吸附能力，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，而大孔则能用一般光学显微镜观察到，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：

θ=a0 (H-h) / c0 V 〔1〕

式中：θ——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，下面采纳三组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

—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ＤＸ—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依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〔关于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状况下，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显然，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，结果会更显然。

　　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升到了70min，由此可见湿度的影响程度很大。对此，提醒生产者关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。而关于其它的吸附机理，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状况下，提升试验时气体的流量，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作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合计环境的影响，还要合计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作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，状况比较复杂，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坚持一致，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，综合合计以上因素，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，对劳作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〔2〕估算实际环境下的防护时间，可以让使用者做到心中有数，这样即能提升活性炭的利用率，又能保证安全防护；

4.3　对防护品需注意合适的贮存条件，对防毒面具注意常常性维护、保养，对滤毒盒要定期检查、改换或报废，保证它们处于正常状态，对含活性炭的产品，一定要密封保存好，保证活性炭的有效性，使作业者能够佩戴合格的、并能正确使用的防毒面具，使个体防护用品在预防职业病中和保证安全生产中发挥更大的作用。