集體防護(hù)濾毒技術(shù)研究進(jìn)展

王永勝+馬駿+王麗芳+張婉飛

【摘 要】闡述了國(guó)內(nèi)外集體防護(hù)濾毒技術(shù)的手段及研究現(xiàn)狀，指出了新時(shí)期我軍集體防護(hù)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，介紹了活性炭吸附技術(shù)、光催化技術(shù)、低溫等離子體技術(shù)的原理、現(xiàn)狀、特點(diǎn)及局限性，重點(diǎn)介紹了可再生濾毒技術(shù)，最后提供了集體防護(hù)濾毒技術(shù)的發(fā)展思路。

【關(guān)鍵詞】集體防護(hù)；濾毒技術(shù)；可再生濾毒

中圖分類(lèi)號(hào)： TH772.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2017）32-0086-002

【Abstract】This paper expounds the means and research status of collective protection and filtration technology at home and abroad， and points out the severe challenges our collective defense faces in the new era. The principle， status quo and characteristics of activated carbon adsorption， photocatalysis and low temperature plasma are introduced And limitations， focusing on the introduction of renewable drug filtration technology， and finally provide a collective protective filter technology development ideas.

【Key words】Collective protection； Drug filtration technology； Renewable drug filtration

0 引言

集體防護(hù)是利用防護(hù)工程、戰(zhàn)斗車(chē)輛、艦船等防護(hù)核生化武器殺傷作用的區(qū)別于個(gè)體防護(hù)的一種手段。早期有德國(guó)的DSK永久性防護(hù)系統(tǒng)及美國(guó)的CPS集體防護(hù)系統(tǒng)，上世紀(jì)80年代美國(guó)海軍在艦艇上配置集體防護(hù)系統(tǒng)[1]。20世紀(jì)50年代，我國(guó)當(dāng)時(shí)提出了指揮防護(hù)工程防化設(shè)施的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求，開(kāi)始仿制各種制式集體防護(hù)裝備。隨后主戰(zhàn)坦克和步兵戰(zhàn)車(chē)陸續(xù)裝備了濾毒通風(fēng)裝置。

1 集體防護(hù)面臨的挑戰(zhàn)

核生化過(guò)濾是集體防護(hù)的核心技術(shù)，戰(zhàn)時(shí)利用其對(duì)放射性塵埃、生物氣溶膠顆粒、毒劑氣溶膠、有毒煙霧及可吸入顆粒物的過(guò)濾及吸附的能力，為艙室提供清潔空氣，保證人員的生命安全?！盎涔s”簽訂后，集體防護(hù)的防護(hù)目標(biāo)由原來(lái)的5類(lèi)11種毒劑，擴(kuò)展到覆蓋軍用毒劑、工業(yè)有毒材料、工業(yè)有毒化合物等范圍[2]。對(duì)于集體濾毒技術(shù)而言，提升防護(hù)種類(lèi)、提高防護(hù)性能、減負(fù)后勤保障，是各國(guó)集防發(fā)展的目標(biāo)，新時(shí)期濾毒技術(shù)面臨巨大挑戰(zhàn)。

2 濾毒技術(shù)的研究

2.1 活性炭吸附技術(shù)

利用活性炭或者在活性炭上浸漬催化劑的炭吸附材料制成過(guò)濾器。其濾毒性能較好，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)能有效濾毒。

美國(guó)的CPS核生化過(guò)濾系統(tǒng)設(shè)有粗濾器、高效濾器以及活性炭濾器三級(jí)濾器。法國(guó)的SPD公司生產(chǎn)的濾毒通風(fēng)裝置廣泛應(yīng)用于英、法等主要?dú)W洲國(guó)家，其某型軍貿(mào)艦配備1500m3/h和300m3/h風(fēng)量的兩套濾毒通風(fēng)裝置，主要濾材為活性炭[3]。

2.2 光催化技術(shù)

將催化劑暴露在一定波長(zhǎng)光下照射后可與毒劑發(fā)生光催化降解反應(yīng)[4]。特別是TiO2光催化劑，被應(yīng)用于洗消降解多類(lèi)包含化學(xué)毒劑在內(nèi)的有機(jī)污染物。

Hirakawa等采用紅外光譜法，研究了TiO2對(duì)GB （沙林）的光催化降解反應(yīng)，GB分解迅速，最終產(chǎn)物為磷酸、水和二氧化碳[5]。沈忠等制備了一系列濃度的鋯摻雜納米TiO2，發(fā)現(xiàn)摻雜后催化劑對(duì)DMMP（VX模擬劑）和2-CEES（芥子氣模擬劑）的降解速率加快，且催化反應(yīng)過(guò)程中未產(chǎn)生有毒中間產(chǎn)物[6]。

2.3 低溫等離子體技術(shù)

低溫等離子體由大量電子、離子、光子、自由基、中性原子、激發(fā)態(tài)原子等組成，主要依靠高能電子與活性粒子對(duì)污染物降解?？膳c放射性物質(zhì)、毒劑及細(xì)菌迅速發(fā)生作用，洗消低濃度有毒害化合物。

趙紅杰等采用反應(yīng)氣耦合等離子體對(duì)DFP（沙林模擬劑）進(jìn)行降解研究，發(fā)現(xiàn)對(duì)高濃度DFP（>80mg/m3），等離子體單獨(dú)作用最高降解率為89%，在添加臭氧耦合后降解率在95%以上，降解更徹底[7]。

2.4 小結(jié)

活性炭吸附技術(shù)近幾十年的研究重點(diǎn)是提升氯化氰的防護(hù)性能。分別研制了提升其防護(hù)性能的浸漬炭；用以改善浸漬炭陳化性能的TEDA炭及無(wú)鉻炭等。傳統(tǒng)的活性炭吸附技術(shù)，吸附一段時(shí)間后吸附量會(huì)達(dá)到飽和，需再次更換，因此防護(hù)時(shí)間有限；光催化技術(shù)主要將TiO2光催化劑負(fù)載在活性炭等材料上以提高催化劑的穩(wěn)定性及活性，對(duì)不同毒劑負(fù)載催化劑及反應(yīng)條件亦不同，難以做到廣譜防護(hù)；低溫等離子體技術(shù)總體上還處于探索性研究階段，對(duì)放電電源要求很高，對(duì)于適應(yīng)復(fù)雜多變的戰(zhàn)場(chǎng)還需進(jìn)一步探索。

3 可再生濾毒技術(shù)

目前具有很好發(fā)展前景的濾毒技術(shù)是變溫、變壓吸附。變溫吸附是利用吸附劑平衡吸附量隨溫度升高而降低的特性，采用常溫吸附、升溫脫附的方法。變壓吸附是通過(guò)改變吸附塔壓力，采用加壓吸附，減壓（抽真空）脫附的方法。其采用了純物理吸脫附的原理，具有防護(hù)目標(biāo)廣、濾材可再生的特點(diǎn)，被歐美等國(guó)家認(rèn)為是最具有希望的新一代集體防護(hù)濾毒技術(shù)。

該技術(shù)一般情況采用雙塔用以實(shí)現(xiàn)吸附、脫附同時(shí)進(jìn)行。低溫高壓吸附塔，使濾材具有更好的吸附性，高效吸附毒氣，直至接近吸附塔出口。高溫低壓脫附塔，使濾材快速脫除之前吸附的毒氣，待脫附完成后降溫升壓，用于下階段吸附，如此循環(huán)。endprint

英美國(guó)家采用一對(duì)過(guò)濾器輪流對(duì)有毒氣體過(guò)濾，當(dāng)一個(gè)濾器過(guò)濾時(shí)，另一個(gè)采用變溫變壓脫附沾染物。這種變溫變壓輪換系統(tǒng)被稱(chēng)為REGEN （可再生過(guò)濾）。Battelle Memorial Institute等機(jī)構(gòu)對(duì)REGEN系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)毒評(píng)價(jià)，毒劑模擬劑包括全氟異丁烯、CK（氯化氰）、DMMP等，REGEN系統(tǒng)已廣泛配置于海軍軍艦 [8]。

英國(guó)ACT和PALL公司聯(lián)合研制了基于變壓吸附與空氣循環(huán)溫度控制的過(guò)濾技術(shù)。過(guò)濾單元采用填充吸附材料的兩個(gè)濾墊，一個(gè)在冷卻高壓下吸附，另一個(gè)在加熱解壓下脫附，循環(huán)再生[9]。

我國(guó)趙秀國(guó)等人基于變壓吸附技術(shù)設(shè)計(jì)研究了可再生濾毒通風(fēng)裝置[10]，示意圖見(jiàn)圖1。系統(tǒng)設(shè)置兩條相同分路分別進(jìn)行吸脫附，六個(gè)單向閥控制氣流流向。空氣壓縮機(jī)將一定壓力的空氣通入粗濾器，氣流經(jīng)單向閥到達(dá)過(guò)濾吸收器1后分兩路，一路送至清潔空氣出口，另一路經(jīng)中間管路后反吹過(guò)濾吸收器2中的毒劑，經(jīng)尾氣出口排除。

4 展望

對(duì)于集體防護(hù)濾毒技術(shù)，未來(lái)的主要發(fā)展方向：一是繼續(xù)沿著活性炭吸附技術(shù)方向深入研究，改進(jìn)浸漬活性炭或者增加新濾毒層來(lái)滿(mǎn)足防護(hù)要求；二是開(kāi)發(fā)新濾毒技術(shù)，包括光催化、等離子體等技術(shù)。其中可再生濾毒技術(shù)具有廣譜防護(hù)、吸附性能好、脫附效率高、可再生循環(huán)吸脫附的特點(diǎn)，具有廣闊的發(fā)展前景。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉秀峰，喻俊峰，張益誠(chéng)，等.集體防護(hù)區(qū)超壓建立過(guò)程分析[J].船海工程，2017，46（03）：147-149.

[2]夏金富，王麗，韓素玲，等.從吸附中的質(zhì)熱傳遞探討廣譜濾毒技術(shù)[C].中國(guó)化學(xué)會(huì)，2013，8：272-279.

[3]朱鴻.淺析某型軍貿(mào)艦船NBC濾毒通風(fēng)裝置[J].船舶，2013，24（03）：58-63.

[4]沈忠，鐘近藝，鄭禾.光催化技術(shù)在化學(xué)毒劑洗消領(lǐng)域的研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2015（11）：14-20.

[5]Sato K，Hirakawa T，Komano A，et al.Titanium dioxide photocatalysis to decompose isopropyl methylphosphonofluoridate （GB） in gas phase[J].Applied Catalysis B Environmental，2011， 106（3-4）：316-322.

[6]沈忠，鐘近藝，王泠沄，等.鋯摻雜TiO2光催化降解2-CEES和DMMP的原位紅外與固體核磁研究[J].分子催化， 2016，30（3）：260-268.

[7]趙紅杰，胡真，李戰(zhàn)國(guó).反應(yīng)氣耦合等離子體降解沙林模擬劑[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2014，8（8）：3537-3540.

[8]周平，張忠良，康健，等.海軍艦艇核生化集體防護(hù)發(fā)展概況[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2016，38（13）：1-5.

[9]杜紅霞，王俊新.基于可再生吸附的核生化過(guò)濾技術(shù)[J].船海工程，2016，45（02）：4-7.

[10]趙秀國(guó)，徐新喜，張文昌，等.可再生濾毒通風(fēng)裝置研究與設(shè)計(jì)[J].軍事醫(yī)學(xué)，2013，37（8）：571-573.endprint