專利名稱：氣體分離膜濾毒通風(fēng)裝置及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高分子膜與浸漬活性炭結(jié)合的濾毒裝置，具體地說(shuō)是一種氣體分離膜濾毒通風(fēng)裝置。
本發(fā)明還涉及上述裝置的制備方法。
背景技術(shù)：
化學(xué)毒劑具有危害面積大、時(shí)間長(zhǎng)和中毒途徑多等特點(diǎn)，因此，各國(guó)相繼采取措施加以防護(hù)。通過(guò)呼吸系統(tǒng)予以殺傷的毒劑(如苯、氯化氰、沙林等)主要是靠蒸氣或氣溶膠，尤其是蒸氣壓低的固態(tài)和液態(tài)毒劑主要是以形成氣溶膠后才能傷害人。
《國(guó)外金屬礦山》(1995，20(8).p59)報(bào)道了可供露天礦使用的強(qiáng)制供風(fēng)的防塵毒護(hù)具，該文介紹了俄羅斯能源工程技術(shù)中心研制和批量生產(chǎn)的各種供風(fēng)源、防護(hù)盒、粉塵凈化系統(tǒng)、過(guò)濾-通風(fēng)裝置、瓦斯防護(hù)系統(tǒng)等一系列防護(hù)設(shè)施，這些設(shè)施為減輕空氣污染、確保員工安全、提高生產(chǎn)率發(fā)揮了一定作用；《蘇州醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)》(1998，18(11).p1149)中，馮秀舟和朱天淳報(bào)道了一種新型空氣除毒裝置，采用特殊設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，具有通風(fēng)阻力低、除毒效率高、除氣容量大的特點(diǎn)。過(guò)濾風(fēng)速3m/s時(shí)，壓力損失109.8Pa，而除臭氧有效率達(dá)96％；二炮工程設(shè)計(jì)研究院與北京華怡凈化科技研究所報(bào)道了一體化濾毒通風(fēng)裝置(申請(qǐng)?zhí)?0106229.8)，其特點(diǎn)是風(fēng)機(jī)和一、二、三、四級(jí)過(guò)濾器均安裝于圓筒形罐體內(nèi)，形成一體化結(jié)構(gòu)，便于安裝使用。由二、三、四級(jí)組成的圓筒形過(guò)濾器單元，用法蘭和密封圈軸向安裝于連接板上，體積小、風(fēng)量大、更換簡(jiǎn)便快速。本裝置出口風(fēng)量為300m3/h，出口全壓310Pa，濾毒時(shí)間大于30分鐘。于江報(bào)道了空氣通道消毒裝置(CN1460523)，該發(fā)明提供一種空氣消毒裝置。包括設(shè)置在空氣通道中的一個(gè)或多個(gè)障礙物或過(guò)濾障礙物，設(shè)置在所述障礙物一側(cè)或兩側(cè)的紫外燈；所述障礙物由吸附材料制成。由于在空氣通道(如中央空調(diào)管道或地下室通風(fēng)管道)中設(shè)置了不同形式、不同布局的障礙物或過(guò)濾障礙物，使正常流動(dòng)的空氣產(chǎn)生紊流，促使空氣中的塵埃、細(xì)菌或病毒被吸附在障礙物的吸附材料上，再通過(guò)紫外線燈的照射，起消毒的作用；李明浩報(bào)道了防疫空氣消毒過(guò)濾裝置(CN1457889)，它是在容器中有由液體潤(rùn)濕的過(guò)濾層，氣體通過(guò)此過(guò)濾層時(shí)被過(guò)濾消毒。加裝呼吸面罩，可作為防疫面具使用。加裝鼓、引風(fēng)，可用于通風(fēng)換氣和室內(nèi)外空氣的消毒過(guò)濾；裴東風(fēng)報(bào)道了車載三防方艙濾毒通風(fēng)裝置的研制(中國(guó)學(xué)術(shù)會(huì)議論文數(shù)據(jù)庫(kù)，20010828)，闡述了車載HQ-9三防方艙濾毒通風(fēng)裝置的設(shè)計(jì)思想、戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)、裝置組成、控制系統(tǒng)的功能設(shè)置及該裝置目前達(dá)到的實(shí)際水平，并對(duì)三防方艙濾毒通風(fēng)裝置的發(fā)展提出了一些看法；德國(guó)專利(DE3545664)報(bào)道了一種具有三級(jí)過(guò)濾器的為密閉空間提供有毒氣體過(guò)濾的通風(fēng)設(shè)備，其過(guò)濾器可以單獨(dú)或者合并使用，其第三級(jí)過(guò)濾器過(guò)濾能力可以通過(guò)反吹得到再生。德國(guó)專利(DE19631295)報(bào)道的核生化防護(hù)密閉系統(tǒng)通風(fēng)設(shè)備，為多級(jí)氣體過(guò)濾，采用人造橡膠、多孔泡沫橡膠等吸附過(guò)濾材料；日本專利(JP2002-119958)報(bào)道了Matsushita公司研制的過(guò)濾通風(fēng)裝置，以活性炭為吸附劑過(guò)濾毒氣，該裝置壓降小，結(jié)構(gòu)緊湊，容易制備。
綜上所述，國(guó)內(nèi)外主要采用多種填料、吸附劑作為多層防護(hù)、過(guò)濾系統(tǒng)，有的還配合上濾網(wǎng)、無(wú)紡布作為前處理過(guò)程手段。本發(fā)明研制的濾毒通風(fēng)裝置，配合具有耐多種毒氣的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)聚合物膜，對(duì)毒氣具有濃縮和去除作用，能提高催化劑分解毒氣功能。本發(fā)明系統(tǒng)在國(guó)防、地下隧道、露天礦、密閉房間的空氣凈化等領(lǐng)域有著廣泛的用途。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種氣體分離膜濾毒通風(fēng)裝置。本發(fā)明的濾毒通風(fēng)裝置在地下隧道、露天礦、密閉房間的空氣凈化等領(lǐng)域有著廣泛的用途。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的氣體分離膜濾毒通風(fēng)裝置主要由分離膜組件、大粒度分子篩層、濾紙層和銅鉻銀催化炭組成，該裝置設(shè)有空氣進(jìn)氣口，該裝置的一個(gè)側(cè)面設(shè)有空氣排氣口。其中
分離膜組件可以是中空纖維膜式組件、板框式組件或卷式膜組件。優(yōu)選中空纖維膜式組件或卷式膜組件。
分離膜截面可以是均質(zhì)結(jié)構(gòu)或非均質(zhì)結(jié)構(gòu)；可以是無(wú)孔、致密結(jié)構(gòu)或多孔結(jié)構(gòu)，其中多孔結(jié)構(gòu)的孔徑小于0.5μm；膜橫截面結(jié)構(gòu)可以是指狀孔結(jié)構(gòu)或海棉結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明提供的制備方法中，分離膜組件的制備是首先將膜材料與適量的溶劑在60-110℃下混合攪拌，靜置脫泡，制得鑄膜液；將鑄膜液涂覆在無(wú)紡布上，形成初生態(tài)平板膜，然后直接進(jìn)入凝膠水浴后凝膠固化。
膜材料可以采用聚醚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷、聚苯醚、天然橡膠、聚丁二烯、乙基纖維素、聚乙烯、聚丙烯、聚砜、聚醚砜、聚酰亞胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚碳酸酯、醋酸纖維、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚酯、尼龍、氯化橡膠、醋酸纖維素、丁腈橡膠、氨基甲酸乙酯橡膠、乙醛纖維素、聚苯乙烯或聚丁二烯等。優(yōu)選聚砜、聚醚砜、聚醚酰亞胺、聚酰亞胺、聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯等。溶劑可以采用N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜、N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺等。
銅鉻銀催化炭是以活性炭為基體，銅、鉻、銀作為浸漬劑的ABC型浸漬炭。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.平板膜由聚合物涂抹在無(wú)紡布上，無(wú)紡布作為粗過(guò)濾，能有效地去除固體微粒和部分氣溶膠。調(diào)節(jié)聚合物溶液配方和涂抹工藝，可以控制無(wú)紡布上聚合物膜孔的孔徑，使氣溶膠類毒劑被有效過(guò)濾。
2.多孔皮層非對(duì)稱的膜結(jié)構(gòu)可以保證滲透通量高(通常比致密皮層的非多孔膜高幾個(gè)數(shù)量級(jí))，單位體積設(shè)備的處理量大；通常在低壓操作(如0.02～0.3MPa)，此過(guò)程能耗低。
3.由于聚合物膜與無(wú)紡布一體化，簡(jiǎn)化濾毒器結(jié)構(gòu)，縮小濾毒器體積。
4.以銅鉻銀作為浸漬劑浸漬炭具有分解毒劑的功能的同時(shí)，活性炭的物理吸附能力并未因?yàn)榻?jīng)浸漬金屬元素而降低。它同時(shí)具備優(yōu)良地吸附和分解毒劑的綜合防護(hù)性能。
5.采用膜組件與浸漬炭層集成的濾毒器具有流程合理與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。采用膜組件與浸漬炭分開組裝結(jié)構(gòu)，氣體線速度均勻，可提高浸漬炭效率。


圖1為本發(fā)明的膜組件的掃描電子顯微鏡照片。
圖2為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例詳述本發(fā)明。
實(shí)施例1下面的描述只是依據(jù)以上發(fā)明內(nèi)容選出的較佳例子，其作用是對(duì)本發(fā)明作一更具體的說(shuō)明，而不是用來(lái)限定本發(fā)明的范圍。
制備膜組件將膜材料聚醚酰亞胺與溶劑N，N-二甲基乙酰胺在80℃下混合攪拌24小時(shí)(本發(fā)明的溶劑加入量沒(méi)有嚴(yán)格限定，只要能使膜材料完全溶解即可)，完全溶解后靜置脫泡，制得鑄膜液；將鑄膜液涂覆在無(wú)紡布上，形成初生態(tài)平板膜，然后按常規(guī)方法直接進(jìn)入凝膠水浴后凝膠固化，凝固后的膜用流動(dòng)水清洗24小時(shí)，以去除膜內(nèi)殘留溶劑，干燥。制備的PEI膜支撐在聚酯無(wú)紡布上，膜厚約60～70微米厚，中間支撐層有尺寸約為10×30μm指狀結(jié)構(gòu)孔，指狀結(jié)構(gòu)層約厚40～50μm，分布著孔徑為1μm左右的小孔；接近外表面處是海錦狀結(jié)構(gòu)，最外層是多孔皮層(如圖1)，孔徑為0.08μm。用兩張膜的三邊密封，組成一個(gè)膜葉，其中夾入一層多孔支撐材料，同時(shí)在膜葉上鋪有隔網(wǎng)，用帶有小孔的多孔管卷繞依次放置的多層膜葉，形成卷式膜組件。
需要說(shuō)明的是，可以用來(lái)制備本發(fā)明的膜組件的材料不僅僅限定于聚醚酰亞胺，其它如聚二甲基硅氧烷、聚苯醚、天然橡膠、聚丁二烯、乙基纖維素、聚乙烯、聚丙烯、聚砜、聚醚砜、聚酰亞胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚碳酸酯、醋酸纖維、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚酯、尼龍、氯化橡膠、醋酸纖維素、丁腈橡膠、氨基甲酸乙酯橡膠、乙醛纖維素、聚苯乙烯或聚丁二烯等；采用的溶劑除N，N-二甲基乙酰胺外，還可以是N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜或N，N-二甲基甲酰胺；其效果是等同的。為了簡(jiǎn)明起見，只列舉聚醚酰亞胺和N，N-二甲基乙酰胺為例，但并不意味其它材料就不能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。另外，本具體實(shí)施方式
列舉的分離膜組件是卷式膜組件，其實(shí)本領(lǐng)域技術(shù)人員都能理解，除了卷式膜組件外，還可以是中空纖維膜式組件或板框式組件。
制備銅鉻銀催化炭以活性炭為基體，銅、鉻、銀作為浸漬劑，其制備方法可以采用常規(guī)的制備ABC型浸漬炭的方法。浸漬銅鉻銀的活性碳對(duì)毒氣的防護(hù)主要是六價(jià)鉻與銅對(duì)毒氣產(chǎn)生催化水解作用。
請(qǐng)參閱圖2，制備的卷式膜組件3固定裝入濾毒通風(fēng)裝置中，卷式膜組件中間的多孔管作為進(jìn)氣口1。卷式膜組件3的外側(cè)填充大粒度分子篩，形成分子篩層4；分子篩層4的外側(cè)包覆有濾紙層6，濾紙層6的外側(cè)填充有銅鉻銀催化炭7；銅鉻銀催化炭7的外側(cè)和濾毒通風(fēng)裝置的外殼之間再填充大粒度分子篩，形成分子篩層5。實(shí)際上，前面提到的分子篩層4可以沒(méi)有，只填充分子篩5也能達(dá)到本發(fā)明的目的，但加上分子篩4的效果更好。大粒度分子篩4、5起脫水蒸汽作用。炭層濕度對(duì)防毒能力有很大影響，濕度影響包括空氣濕度和炭層濕度影響，其中，炭層濕度影響較為嚴(yán)重，但空氣濕度的變化也會(huì)影響炭層的濕度?？諝鉂穸葘?duì)浸漬炭影響大致可分兩方面一是當(dāng)炭層受潮后，水分子占據(jù)了孔表面，減少了炭層對(duì)低沸點(diǎn)、高揮發(fā)的毒劑的吸附，降低了防護(hù)能力；其二是催化炭吸濕后，六價(jià)鉻易被還原成三價(jià)鉻，加速了陳化現(xiàn)象。由于采用的分子篩粒度較大，分子篩層起著氣流分布作用，可以降低氣流壓降，減少氣流短路和浸漬炭層死區(qū)，有利于提高沉浸炭的效率。
氣體進(jìn)入濾毒器后，先通過(guò)膜組件隔網(wǎng)，由于隔網(wǎng)尺寸較大，傳質(zhì)阻力小，氣流分布均勻。然后氣流均勻進(jìn)入膜層，先是無(wú)紡布層，接著依次進(jìn)入指狀孔層和海綿狀層及多孔皮層。由于分離膜對(duì)顆粒的截留性能以及由于布朗運(yùn)動(dòng)作用和靜電吸附作用，氣溶膠和細(xì)菌、病毒的配合制劑微粒被去除。濾膜能阻留的最小微粒達(dá)到其平均孔徑的1/10～1/15。
然后氣體進(jìn)入沉浸炭層吸附和分解未被膜組件過(guò)濾掉的殘余毒劑，最后干凈的氣流進(jìn)入分子篩層，排入艙體供使用。分子篩層的作用仍是氣流分布作用和防止在儲(chǔ)存時(shí)環(huán)境濕氣進(jìn)入浸漬炭層，而使浸漬炭被加速陳化。
實(shí)施例2氣體分離膜濾毒通風(fēng)系統(tǒng)由里向外分別為分離膜組件、濾紙層、浸漬炭層和大粒度分子篩層，內(nèi)裝銅鉻銀浸漬炭1544g。氣體流量1.3m3/h，原料氣壓力0.0085MPa，滲透氣出口壓力0.0045MPa，苯初始濃度為0.69％，經(jīng)6小時(shí)后測(cè)得苯蒸氣的穿透數(shù)據(jù)如表1?？梢姡秸魵獯┩笧?.0175/0.69＝2.53％。
表1苯蒸氣穿透值

tb穿透時(shí)間；Cb穿透濃度；C0初始濃度實(shí)施例3采用油霧法測(cè)定對(duì)氣溶膠的透過(guò)率。在規(guī)定條件下，將油霧流通過(guò)濾毒樣機(jī)，利用濁度計(jì)測(cè)定在樣機(jī)前后的油霧濃度，兩者比值的百分?jǐn)?shù)為油霧透過(guò)率。濾毒器在風(fēng)量為100Nm3/h；油霧粒子平均質(zhì)量直徑為0.28～0.34μm；油霧濃度取為250mg/m3條件下，測(cè)得的濾毒器對(duì)油霧的凈化率＞99.999％。濾毒器在氯化氰氣體濃度2mg/l下，測(cè)得的濾毒器對(duì)氯化氰的穿透時(shí)間為90min。
權(quán)利要求
1.一種氣體分離膜濾毒通風(fēng)裝置，由該裝置中心向外依次為分離膜組件、濾紙層、銅鉻銀催化炭和大粒度分子篩層；其中該裝置的中心設(shè)有進(jìn)氣口，該裝置的一個(gè)側(cè)面設(shè)有空氣排氣口。
2.權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，分離膜組件與濾紙層之間填充有大粒度分子篩。
3.權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，分離膜組件為中空纖維膜式組件、板框式組件或卷式膜組件。
4.一種制備權(quán)利要求1所述裝置的方法，其中制備膜組件將膜材料與溶劑于60-110℃混合攪拌20-30小時(shí)，完全溶解后靜置脫泡，制得鑄膜液；將鑄膜液涂覆在無(wú)紡布上，形成初生態(tài)平板膜，然后凝膠固化，清洗，干燥，制備分離膜組件；制備銅鉻銀催化炭以活性炭為基體，銅、鉻、銀作為浸漬劑，制備銅鉻銀催化炭；所述膜材料為聚二甲基硅氧烷、聚苯醚、天然橡膠、聚丁二烯、乙基纖維素、聚乙烯、聚丙烯、聚砜、聚醚砜、聚酰亞胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚碳酸酯、醋酸纖維、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚酯、尼龍、氯化橡膠、醋酸纖維素、丁腈橡膠、氨基甲酸乙酯橡膠、乙醛纖維素、聚苯乙烯或聚丁二烯；所述溶劑為N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜、N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺；將分離膜組件裝入濾毒通風(fēng)裝置中的進(jìn)氣口四周，分離膜組件的外側(cè)包覆濾紙層，濾紙層的外側(cè)填充銅鉻銀催化炭，銅鉻銀催化炭的外側(cè)和濾毒通風(fēng)裝置的外殼之間再填充大粒度分子篩。
5.權(quán)利要求4的方法，其特征在于，凝固后的膜厚60～70微米，中間支撐層的尺寸為10×30μm指狀結(jié)構(gòu)孔，指狀結(jié)構(gòu)層約厚40～50μm，分布著孔徑為1μm左右的小孔；接近外表面處是海錦狀結(jié)構(gòu)，最外層是多孔皮層，表層孔徑小于0.5μm。
全文摘要
一種氣體分離膜濾毒通風(fēng)裝置，由分離膜組件、濾紙層、銅鉻銀催化炭和大粒度分子篩層組成，該裝置的中心裝置設(shè)有空氣進(jìn)氣口，該裝置的一個(gè)側(cè)面設(shè)有空氣排氣口。其中分離膜組件的制備是將膜材料與適量的溶劑在60－110℃下混合攪拌，靜置脫泡，制得鑄膜液；將鑄膜液涂覆在無(wú)紡布上，形成初生態(tài)平板膜，然后直接進(jìn)入凝膠水浴后凝膠固化成膜，再制備分離膜組件。銅鉻銀催化炭是以活性炭為基體，銅、鉻、銀作為浸漬劑的ABC型浸漬炭。
文檔編號(hào)B01D53/86GK1751775SQ20041007830
公開日2006年3月29日 申請(qǐng)日期2004年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月23日
發(fā)明者左莉, 曹義鳴, 侯立安, 楊林松, 林斌, 介興明, 劉健輝 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所