載有活性炭的過(guò)濾無(wú)紡布是用于制造具有防臭特性的過(guò)濾式面罩呼吸器的流行材料，可用于很多工作場(chǎng)所的呼吸防護(hù)。除了具有不同功效的聚合物過(guò)濾器材料外，此類面罩包含負(fù)載活性炭的非織造過(guò)濾器層，這阻擋了進(jìn)入呼吸區(qū)域的化學(xué)化合物。本期內(nèi)容是分析活性炭非織造布的過(guò)濾效果。

　　根據(jù)公認(rèn)的定義，氣味化合物是指濃度足以引起鼻子的嗅覺和三叉神經(jīng)系統(tǒng)反應(yīng)的物質(zhì)。不論其來(lái)源(自然的或人為的)，長(zhǎng)時(shí)間處在氣味污染下都會(huì)對(duì)人產(chǎn)生不利影響。如果在工作場(chǎng)所中有害物質(zhì)超過(guò)職業(yè)接觸限值(OEL)，并且不可能通過(guò)從源頭消除職業(yè)危害或通過(guò)組織解決方案或技術(shù)保護(hù)措施將其降低到最低水平來(lái)預(yù)防職業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，則必須使用適當(dāng)?shù)娜藛T防護(hù)裝備。特別是，可以通過(guò)使用適當(dāng)?shù)暮粑�保護(hù)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)防有害蒸氣和氣體的保護(hù)，例如帶有氣體過(guò)濾器的面罩(半面罩/全臉面罩)或含有高表面積吸附材料(例如活性炭)的組合式過(guò)濾器。

　　活性炭非織造布過(guò)濾器

　　在這項(xiàng)研究中，使用的活性炭的非織造過(guò)濾器，通常用于構(gòu)造具有抗臭味的FFR。它是由聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯通過(guò)針刺制成的，并浸漬有110 g/m 2的粉末狀活性炭。

　　活性炭非織造過(guò)濾器的形態(tài)

　　活性炭介質(zhì)250倍放大的顯微照片，然后用數(shù)值計(jì)算出與圖像其余部分相比具有較暗陰影的區(qū)域的面積(被活性炭介質(zhì)覆蓋的區(qū)域)。首先，我們使用常規(guī)的多通道和彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像，然后生成圖像，其中每個(gè)像素的值均為0(白色像素)或1(黑色像素)(圖1)。接下來(lái)，我們應(yīng)用例程，對(duì)于給定的灰度圖像，該例程確定由黑色像素簇覆蓋的整個(gè)灰度圖像的比例。這種方法使我們能夠粗略評(píng)估活性炭復(fù)合材料中活性炭附聚的均勻性，而無(wú)需考慮基礎(chǔ)非織造布的不均勻性，因?yàn)槔�程省略了透明PET纖維。

　　圖1：活性炭負(fù)載非織造布樣品的原始光學(xué)顯微鏡圖像(a)和灰度表示(b)。

　　活性炭非織造過(guò)濾器的吸附特性

　　在圖2所示的試驗(yàn)臺(tái)上，使用環(huán)己烷蒸氣作為挑戰(zhàn)性物質(zhì)進(jìn)行了突破性實(shí)驗(yàn)。此外，圖2中顯示的測(cè)試設(shè)置由于這種情況，使用環(huán)己烷優(yōu)化了使用環(huán)己烷作為測(cè)試物質(zhì)。環(huán)己烷是這類物質(zhì)的很好的代表，因?yàn)樗�是非極性且不反應(yīng)的，因此主要應(yīng)通過(guò)物理吸附將其結(jié)合在活性炭表面上。此外，它是在工業(yè)過(guò)程中大量使用的化合物之一，因此通常存在于工作環(huán)境中。

　　圖2：突破試驗(yàn)臺(tái)圖，元件15–19僅在脈動(dòng)流測(cè)試期間使用。

　　在測(cè)試過(guò)程中，干燥的壓縮空氣通過(guò)裝有減壓器的顆粒過(guò)濾器輸送到系統(tǒng)中，該壓力過(guò)濾器的調(diào)節(jié)范圍為0-8 bar。然后將其分為兩條線(圖2)：用于溫度和相對(duì)濕度調(diào)節(jié)的線A和用于調(diào)節(jié)測(cè)試室內(nèi)測(cè)試物質(zhì)濃度的線B。將來(lái)自管線A的給定溫度和相對(duì)濕度的空氣與來(lái)自管線B的激發(fā)蒸汽在混合室中混合，然后將活性炭鎖定在直徑為11.3的氣動(dòng)樣品架中，并將其引入測(cè)試室。另外，在脈動(dòng)流測(cè)試期間使用了連接到測(cè)試室出口的呼吸機(jī)。呼吸機(jī)設(shè)定為25個(gè)循環(huán)/分鐘和2 L/沖程，這對(duì)應(yīng)于每分鐘25吸氣和25呼氣，呼吸量為2L。呼吸機(jī)的氣流模式為正弦曲線。脈動(dòng)流量測(cè)試期間的挑戰(zhàn)濃度得到補(bǔ)償，以確保將總負(fù)載標(biāo)準(zhǔn)化為穩(wěn)態(tài)流量條件。實(shí)驗(yàn)以四個(gè)變體進(jìn)行，每個(gè)變體評(píng)估不同因素(即挑戰(zhàn)濃度，相對(duì)濕度，挑戰(zhàn)流速，挑戰(zhàn)流型)對(duì)活性炭復(fù)合材料吸附特性的影響。

　　活性炭質(zhì)地特性

　　活性炭和負(fù)載活性炭的非織造過(guò)濾器的氮吸附(下部分支)/脫附(上部分支)等溫線如圖3所示。

　　圖3：活性炭和活性炭復(fù)合材料的氮吸附-解吸等溫線。

　　活性炭和載有活性炭的非織造布的等溫線類似于具有寬孔徑分布。它的典型特征是在很寬的相對(duì)壓力范圍(P/P 0)范圍內(nèi)具有較長(zhǎng)的平穩(wěn)期。在這種情況下，觀察到的吸附量不是平穩(wěn)的，而是緩慢增加的(對(duì)于II型等溫線而言)，這可能是由于氮在非多孔聚合物纖維上的物理吸附或用于將活性炭結(jié)合到非織造結(jié)構(gòu)中的粘合劑所致。在低P/P 0下吸附氮量迅速增加范圍表示測(cè)試樣品中高度發(fā)達(dá)的多孔結(jié)構(gòu)的存在。

　　顯微鏡分析允許識(shí)別可能影響含活性炭非織造過(guò)濾器吸附特性的形態(tài)特征。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，活性炭在聚合物纖維結(jié)構(gòu)中的均勻性可能已顯著影響那些性能。氮吸附/解吸測(cè)量可以確定聚合物/活性炭介質(zhì)的質(zhì)構(gòu)性質(zhì)。獲得的結(jié)果表明存在高度發(fā)展的多孔結(jié)構(gòu)，而中孔的貢獻(xiàn)很小。突破時(shí)間隨著濃度的增加而減少。一般來(lái)說(shuō)由于人與人之間關(guān)于氣味閾值的差異，很難建立氣味與物質(zhì)濃度之間的關(guān)系，所提出的方法擴(kuò)展了含有活性炭的非織造過(guò)濾器FFR性能評(píng)估領(lǐng)域的現(xiàn)有知識(shí)。無(wú)論有何限制，研究結(jié)果均清楚地表明，活性炭非織造過(guò)濾器確定可以安全使用。

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