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　　過(guò)濾式面罩呼吸器結(jié)構(gòu)中過(guò)濾部分裝有活性炭的非織造布是較常用的材料，具有抗氣味的特性，可用于特殊職業(yè)中不超過(guò)有害物質(zhì)接觸限值工作場(chǎng)所的呼吸保護(hù)。除了具有不同效果的聚合物過(guò)濾材料之外，這種過(guò)濾器還包含一層活性炭負(fù)載的非織造過(guò)濾器，其限制進(jìn)入呼吸區(qū)的化合物的量。本期研究使用含活性炭材料制成的過(guò)濾器，在一定條件下對(duì)氣味化合物的吸附去除性能。

　　活性炭無(wú)紡布過(guò)濾器

　　本期研究中的活性炭負(fù)載非織造過(guò)濾器由聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和PET制成非織造布，并用粉末狀活性炭浸漬而成。使用光學(xué)顯微鏡來(lái)評(píng)估活性炭纖維直徑分布和光學(xué)與活性炭介質(zhì)的密度?；钚蕴康男螒B(tài)顯示在光學(xué)顯微鏡圖像中(圖1)。觀察到在纏結(jié)的聚合物纖維之間的空間中聚集的粉末狀碳材料的大量聚集。尺寸不超過(guò)纖維直徑的團(tuán)塊以較小的量存在。它們附著在基本纖維上但未嵌入其結(jié)構(gòu)中，這很重要，因?yàn)樘嘉絼┰诜强椩旖Y(jié)構(gòu)中的沉積會(huì)顯著影響材料的吸附性能。這是因?yàn)樵诰酆衔锊牧现写嬖诮Y(jié)合物質(zhì)或嵌入碳顆?？赡軐?dǎo)致微孔阻塞，從而限制了活性炭材料的最終產(chǎn)能。接下來(lái)，我們應(yīng)用了例程，對(duì)于給定的灰度圖像，它確定由黑色像素簇覆蓋的整個(gè)灰度圖像的分?jǐn)?shù)。該方法允許我們粗略地評(píng)估活性炭復(fù)合材料中活性炭團(tuán)聚的均勻性，而不考慮基礎(chǔ)非織造材料的不均勻性，因?yàn)檫@個(gè)例程省略了透明PET纖維。

　　圖1：活性炭負(fù)載無(wú)紡布樣品的原始光學(xué)顯微鏡圖像與灰度表示。

　　活性炭過(guò)濾器的吸附特性

　　使用環(huán)己烷蒸氣作為被吸附物質(zhì)在圖2中所示的試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行突破性實(shí)驗(yàn)。選擇環(huán)己烷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樗菧y(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中特性比較全面的。此外，測(cè)試設(shè)置如圖2所示由于這種情況，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)的良好代表，因?yàn)樗欠菢O性和非反應(yīng)性的，因此應(yīng)主要通過(guò)物理吸附與活性炭表面結(jié)合。此外，它是在工業(yè)過(guò)程中大量使用的化合物之一，因此它經(jīng)常存在于工作環(huán)境中。

　　圖2：活性炭突破性測(cè)試臺(tái)圖。

　　氣體濃度的影響

　　在圖3a中，在V=30L/min，T=22±3℃的穩(wěn)態(tài)流動(dòng)下，在上游濃度范圍為20-120ppm的活性炭樣品下游的環(huán)己烷的平均濃度和相對(duì)于時(shí)間繪制RH=70±3%。通過(guò)活性炭介質(zhì)計(jì)算的環(huán)己烷蒸氣的相應(yīng)突破百分比計(jì)算為下游濃度C out與上游濃度C in(%)的比率，如圖3b所示。與在氣體過(guò)濾器(深度大于2厘米)中發(fā)現(xiàn)的密集填充的碳床相比，在每個(gè)實(shí)驗(yàn)的最初階段(在前30秒內(nèi))發(fā)生了初始突破(從0%到20%)，這是由于通過(guò)基重均勻性分析確認(rèn)的混合物流過(guò)非織造物區(qū)域，具有較低的活性炭聚集。之后，觀察到隨著吸附物上游濃度的增加突破百分比的增加，這與密集填充碳床獲得的結(jié)果一致。

　　圖3：活性炭介質(zhì)的下游濃度(a)和及時(shí)突破百分比(b)。

　　濕度的影響

　　在呼吸過(guò)程中肯定會(huì)產(chǎn)生一定量的水蒸氣會(huì)給活性炭材料產(chǎn)生一定的濕度，關(guān)于活性炭復(fù)合材料的相對(duì)濕度相關(guān)的穿透時(shí)間和吸附容量顯示在圖4中。在大多數(shù)情況下，活性炭在接觸時(shí)會(huì)吸收其中的水蒸氣，從而降低其吸附非極性有機(jī)蒸氣的能力。呼吸防護(hù)設(shè)備的研究表明，隨著濕度的增加有機(jī)蒸氣的吸附能力的降低。這可能對(duì)過(guò)濾式面罩呼吸器中具有抗氣味特性的活性炭過(guò)濾器具有重要意義，其可用于有害物質(zhì)的接觸濃度。

　　圖4：相對(duì)濕度對(duì)(a)校正突破時(shí)間和(b)吸附能力的影響。

　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)聚合物纖維結(jié)構(gòu)中活性炭的均勻性可能顯著影響這些性質(zhì)，獲得的結(jié)果表明這種活性炭復(fù)合物存在高度發(fā)達(dá)的多孔結(jié)構(gòu)，其中孔的貢獻(xiàn)較小。吸附時(shí)間隨著濃度的增加而下降。隨著測(cè)試混合物的相對(duì)濕度而增加。雖然，一般來(lái)說(shuō)，由于氣味閾值的人際差異，很難確定氣味和物質(zhì)濃度之間的關(guān)系，所提出的方法擴(kuò)展了含有活性炭負(fù)載非織造過(guò)濾器的過(guò)濾式面罩呼吸器性能評(píng)估領(lǐng)域的現(xiàn)有知識(shí)。無(wú)論局限性如何，研究結(jié)果都清楚地表明在評(píng)估呼吸保護(hù)裝置的效率時(shí)需要考慮哪些外部因素，這對(duì)于在評(píng)估和選擇方面還是有價(jià)值的。