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防毒面具
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正確發(fā)揮活性炭在防毒面具中的作用

2013-12-02 09:15:01
1引言
隨著工業(yè)化程度的不斷提高,化學(xué)工業(yè)的飛速發(fā)展,由此產(chǎn)生的各種危害也日益增多,這些危害不僅對(duì)環(huán)境造成污染,也對(duì)人類(lèi)自身的健康造成影響,特別對(duì)在有污染物排放的企業(yè)工作的勞動(dòng)者,他們是污染的直接受害者,如不進(jìn)行安全的個(gè)體防護(hù),最終會(huì)導(dǎo)致各種職業(yè)病,甚至有生命危險(xiǎn).為了預(yù)防控制職業(yè)病,保護(hù)勞動(dòng)者的健康,我國(guó)在2002-5-1日開(kāi)始實(shí)施《中華人民共和國(guó)職業(yè)病防治法》,這是我國(guó)開(kāi)展勞動(dòng)保護(hù)工作的重要法律依據(jù),其中法定的職業(yè)病中有80%與呼吸系統(tǒng)有關(guān),那么可見(jiàn)呼吸系統(tǒng)的防護(hù)是個(gè)體防護(hù)裝備的重點(diǎn)。
過(guò)濾式防毒面具是一種在不缺氧(即含氧量大于18%)的環(huán)境下佩戴的呼吸防護(hù)用品,其作用是將染毒的氣體、放射性灰塵及細(xì)菌、病毒等過(guò)濾,使配戴者呼吸凈化后的空氣,而濾毒罐(盒)作為過(guò)濾元件是過(guò)濾式防毒面具的重要組成部分,起過(guò)濾作用的裝填層是由顆顆料狀的活性炭或浸漬活性炭組成,它依靠活性炭的物理吸附和浸漬活性炭的化學(xué)吸附以及催化吸附濾除各種有毒氣體。
2活性炭的性質(zhì)
活性炭是以優(yōu)質(zhì)煤或果殼為原料,經(jīng)過(guò)加工成型、炭化、活化等工藝過(guò)程制成的一種多孔性的主要含碳、含少量氫和氧等元素的物質(zhì),具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和高度發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)及巨大的比表面積(每一克活性炭就有幾百平方米的表面積),因而具有極強(qiáng)的吸附能力,包括了物理吸附、化學(xué)吸附和催化吸附等,在各行業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用:如用于脫色、脫臭、脫硫、脫苯……。在個(gè)體防護(hù)中利用活性炭的這一特點(diǎn),針對(duì)不同類(lèi)型的毒氣,生產(chǎn)了各種顆?;钚蕴亢徒n活性炭,作為工業(yè)防毒面具的裝填層。
由于原材料和制造工藝不同,活性炭的孔隙系統(tǒng)呈多分散分布,包含微孔、中孔、大孔,孔徑分別為,<20?、20?~2000?、>2000?,微孔的大小與分子尺寸相當(dāng),而大孔則能用普通光學(xué)顯微鏡觀察到,正是這種寬大的孔隙分布使得活性炭能吸附各種不同大小的分子,無(wú)顯著的選擇性,也就是受干擾的因素很多。它的化學(xué)組成(主要含碳)決定了它的表面呈非極性特征。因而,活性炭的吸隊(duì)特性可以顯示出極其復(fù)雜的多樣性,而且有一些特性是區(qū)別于其它類(lèi)型的吸附劑。
活性炭的吸附容量越大,炭層的厚度越厚,防護(hù)時(shí)間就越長(zhǎng),反之,毒氣濃度越大,氣流比速越大,防護(hù)時(shí)間就越短,但上式卻沒(méi)有提及濕度等對(duì)防護(hù)時(shí)間的影響,對(duì)這些因素的影響,一般使用者也缺乏足夠的了解和應(yīng)有的重視,下面采用三組3號(hào)濾毒盒(即利用活性炭的物理吸附凈化有機(jī)氣體并與過(guò)濾式防毒面具配套)為樣品,進(jìn)行不同毒氣濃度、空氣濕度和試驗(yàn)氣流量時(shí)的防護(hù)時(shí)間測(cè)定,以明確這些因素的綜合影響。
3影響活性炭吸附性能的幾個(gè)因素
3.1 毒氣濃度的影響
參照GB/T2892-1995《過(guò)濾式防毒面具濾毒罐性能試驗(yàn)方法》和GB/T7702.10—1997《煤質(zhì)顆?;钚蕴吭囼?yàn)方法 防護(hù)時(shí)間的測(cè)定》的測(cè)定方法。用DX—1型動(dòng)態(tài)吸附分析裝置,在溫度為20℃,空氣相對(duì)濕度為50%±3%,通過(guò)濾毒盒的試驗(yàn)氣流量為(30±0.3)L/min的試驗(yàn)條件下,將含有一定苯蒸氣的混合空氣不斷的通過(guò)濾毒盒,從通入毒氣開(kāi)始計(jì)時(shí),至毒氣透過(guò)濾毒盒,且濃度達(dá)到規(guī)定值(用2%的N<SUB>a</SUB>NO<SUB>2</SUB>硫酸溶液為指示劑),這段時(shí)間間隔為該濾毒盒對(duì)苯蒸氣的防護(hù)時(shí)間;而苯蒸氣的濃度則是根據(jù)防護(hù)時(shí)間內(nèi)舟形瓶中苯的減少量及試驗(yàn)氣流量計(jì)算得出,濃度的大小則通過(guò)控制流量計(jì)的液柱高度來(lái)實(shí)現(xiàn);將第一組樣品,測(cè)定在不同濃度苯蒸氣中的防護(hù)時(shí)間,得出如下結(jié)果,見(jiàn)表1,為便于比較,將所測(cè)得的防護(hù)時(shí)間通過(guò)下式換算為標(biāo)準(zhǔn)濃度(對(duì)于3號(hào)濾毒盒的標(biāo)準(zhǔn)濃度為5.0mg/L)下的防護(hù)時(shí)間,即標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)時(shí)間。
t標(biāo)準(zhǔn)=t實(shí)測(cè)?C實(shí)測(cè)/C標(biāo)準(zhǔn)
(2)式中: t標(biāo)準(zhǔn)——濾毒罐(盒)的標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)時(shí)間,min
t實(shí)測(cè)——試驗(yàn)濃度下的防護(hù)時(shí)間,minC實(shí)測(cè)——試驗(yàn)毒氣的濃度,mg/L,C標(biāo)準(zhǔn)——規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)濃度,mg/L
這是對(duì)麥克林伯格方程的一個(gè)充分驗(yàn)證,在其它試驗(yàn)條件相同的情況下,苯濃度不同,防護(hù)時(shí)間絕對(duì)是有差異的,活性炭是一種表面能量分布不均勻的吸附劑,它對(duì)低濃度的蒸汽或分子有較強(qiáng)的吸附能力,所以苯蒸氣濃度低,防護(hù)時(shí)間就長(zhǎng);苯蒸氣濃度高,防護(hù)時(shí)間就短;即濾毒盒的防護(hù)時(shí)間的長(zhǎng)短,與所處的工作環(huán)境有很大的關(guān)系,工作環(huán)境中污染物的濃度低,則防毒面可佩戴的時(shí)間就長(zhǎng),否則可佩戴的時(shí)間就短。所以使用者在佩戴時(shí),最好要明確所處的工作環(huán)境中毒氣濃度是多大;另外是否還有其它影響防護(hù)時(shí)間的組分,因活性炭能吸附各種不同大小的分子,吸附時(shí)無(wú)顯著的選擇性,也能估計(jì)所佩戴的濾毒盒可以佩戴的時(shí)間有多長(zhǎng),才能保證防毒面具的有效防護(hù)。
3.2 空氣濕度的影響
將第二組3號(hào)濾毒盒去掉密封包裝,暴露在相對(duì)濕度為72%~80%的潮濕空氣中,在不同時(shí)間后,同試驗(yàn)一的試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)條件下測(cè)試防護(hù)時(shí)間。
樣品在潮濕的空氣中暴露的時(shí)間越長(zhǎng),防護(hù)時(shí)間就越短,而且從盒的增重也能看出,暴露的時(shí)間越長(zhǎng),增重越大,防護(hù)時(shí)間的下降也更為明顯,此試驗(yàn)受條件限制,暴露的時(shí)間不夠長(zhǎng),如能在潮濕的空氣中暴露的時(shí)間加長(zhǎng),結(jié)果會(huì)更明顯。    
曾經(jīng)有一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品原來(lái)質(zhì)量一直較好,可有一次樣品委托檢驗(yàn)后,標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)時(shí)間只有15min,而GB2890—1995中規(guī)定,3號(hào)濾毒盒的標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)時(shí)間須達(dá)到45min,才能合格,為了分析原因,我們將同一批濾毒盒中的活性炭取出,置于烘箱中烘干4h,取出并冷卻,然后重新裝入濾毒盒,烘干前后的重量分別為98克和84克(都包括盒體),差值達(dá)到14克,說(shuō)明活性炭已附了空氣中的潮氣和其它氣體,使吸附容量大大降低,導(dǎo)致防護(hù)時(shí)間大大縮短,但經(jīng)過(guò)烘干處理后的同一批濾毒盒的標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)時(shí)間又提高到了70min,由此可見(jiàn)濕度的影響程度很大。對(duì)此,提醒生產(chǎn)者對(duì)于活性炭產(chǎn)品一定注意要有密性包裝;而對(duì)使用者則應(yīng)注意使用活性炭產(chǎn)品時(shí),只有包裝完好、且在有效期內(nèi)的產(chǎn)品,才能放心使用;否則寧可舍棄,也要保證個(gè)體防護(hù)的有效性。并且在夏季或潮濕的環(huán)境中使用該產(chǎn)品時(shí),防護(hù)時(shí)間也會(huì)相應(yīng)減少。
需要說(shuō)明的是,這里討論的影響規(guī)律是指以活性炭的物理吸附為基礎(chǔ)得出的,它吸附的對(duì)象是低沸點(diǎn)、易揮發(fā)的有機(jī)氣體。而對(duì)于其它的吸附機(jī)理,可能有不同的規(guī)律,使用時(shí)要注意區(qū)別對(duì)待。
3.3 試驗(yàn)氣流量的影響
GB2890——1995《過(guò)濾式防毒面具通用技術(shù)條件》中規(guī)定的試驗(yàn)氣流量是(30±0.3)L/min,這是依據(jù)人的平均呼吸量而定的;而實(shí)際工作時(shí),每人的呼吸量會(huì)因人的肺活量和工作強(qiáng)度不同而不同,可從20L/min(靜態(tài))變化到150L/min(劇烈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)),變化范圍不是較大;為了觀察呼吸量大小對(duì)防護(hù)時(shí)間的影響,對(duì)第三組3號(hào)濾毒盒做了如下試驗(yàn),在溫度、空氣相對(duì)濕度、苯濃度等其它試驗(yàn)條件基本不變,試驗(yàn)過(guò)程同試驗(yàn)一的情況下,提高試驗(yàn)時(shí)氣體的流量,測(cè)試防護(hù)時(shí)間。
從上面的結(jié)果可看出,試驗(yàn)氣流量與防護(hù)時(shí)間是成反比的,即流量越大,防護(hù)時(shí)間越短;因?yàn)榛钚蕴康奈饺萘渴且欢ǖ?,也就是說(shuō),佩戴了裝有活性炭的防護(hù)用品,其實(shí)際的防護(hù)時(shí)間會(huì)隨每個(gè)人的肺活量和勞動(dòng)強(qiáng)度不同而有很大差異;所以對(duì)同樣的防護(hù)用品,其實(shí)際的防護(hù)時(shí)間不僅要考慮環(huán)境的影響,還要考慮每個(gè)人身體狀況的差異和工種的不同。對(duì)肺活量大的人和從事勞動(dòng)強(qiáng)度大的工種的用戶,所佩戴的防護(hù)用品,其有效的防護(hù)時(shí)間比其他人肯定會(huì)少。
4以上試驗(yàn)是依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)室條件下(如有限定的溫度、濕度、氣體流量等),而且是用單一有害氣體做代表物,得出的結(jié)論,那么面對(duì)實(shí)際的作業(yè)環(huán)境,情況比較復(fù)雜,首先是溫度、濕度不恒定,且每個(gè)人的呼吸量有差異,特別是環(huán)境中污染物組成不是單一的,加上過(guò)濾元件的制備和裝填過(guò)程能否保持一致,而且現(xiàn)在又沒(méi)有有效的指示防護(hù)失效的方法,給使用者帶來(lái)安全隱患。而從上述試驗(yàn)的結(jié)果分析,了解了濃度、空氣濕度和試驗(yàn)氣流量對(duì)活性炭防護(hù)時(shí)間的影響,這些因素對(duì)防毒面具能否起到有效的作用是非常關(guān)鍵的,綜合考慮以上因素,為了有效利用活性炭的特性,保證防毒面具的正確使用,應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
4.1對(duì)生產(chǎn)個(gè)體防護(hù)用品的企業(yè),要嚴(yán)格控制活性炭的制備條件和裝填工序,保證產(chǎn)品的質(zhì)量,對(duì)產(chǎn)品要有密封包裝,并注意標(biāo)明各種標(biāo)識(shí)(防護(hù)對(duì)象及標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)時(shí)間、生產(chǎn)日期、有效期限、使用說(shuō)明、注意事項(xiàng)等)保證用戶安全、正確的使用;
4.2 對(duì)使用個(gè)體防護(hù)用品的工業(yè)部門(mén),首先是要保證提供合格的產(chǎn)品,有關(guān)部門(mén)對(duì)作業(yè)環(huán)境中污染物要進(jìn)行定性和定量的檢測(cè),對(duì)使用者進(jìn)行必要的職業(yè)衛(wèi)生培訓(xùn),并對(duì)每個(gè)人進(jìn)行肺活量制定,對(duì)勞動(dòng)強(qiáng)度不同的工種要區(qū)別對(duì)待,以便能用標(biāo)示的標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)時(shí)間和實(shí)際的濃度用公式(2)估算實(shí)際環(huán)境下的防護(hù)時(shí)間,可以讓使用者做到心中有數(shù),這樣即能提高活性炭的利用率,又能保證安全防護(hù);
4.3對(duì)防護(hù)品需注意合適的貯存條件,對(duì)防毒面具注意經(jīng)常性維護(hù)、保養(yǎng),對(duì)濾毒盒要定期檢查、更換或報(bào)廢,確保它們處于正常狀態(tài),對(duì)含活性炭的產(chǎn)品,一定要密封保存好,保證活性炭的有效性,使作業(yè)者能夠佩戴合格的、并能正確使用的防毒面具,使個(gè)體防護(hù)用品在預(yù)防職業(yè)病中和保證安全生產(chǎn)中發(fā)揮更大的作用。
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