專利名稱：氣體分離膜濾毒通風裝置及制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高分子膜與浸漬活性炭結合的濾毒裝置，具體地說是一種氣體分離膜濾毒通風裝置。
本發(fā)明還涉及上述裝置的制備方法。
背景技術：
化學毒劑具有危害面積大、時間長和中毒途徑多等特點，因此，各國相繼采取措施加以防護。通過呼吸系統(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。
《國外金屬礦山》(1995，20(8).p59)報道了可供露天礦使用的強制供風的防塵毒護具，該文介紹了俄羅斯能源工程技術中心研制和批量生產的各種供風源、防護盒、粉塵凈化系統(tǒng)、過濾-通風裝置、瓦斯防護系統(tǒng)等一系列防護設施，這些設施為減輕空氣污染、確保員工安全、提高生產率發(fā)揮了一定作用；《蘇州醫(yī)學院學報》(1998，18(11).p1149)中，馮秀舟和朱天淳報道了一種新型空氣除毒裝置，采用特殊設計結構，具有通風阻力低、除毒效率高、除氣容量大的特點。過濾風速3m/s時，壓力損失109.8Pa，而除臭氧有效率達96％；二炮工程設計研究院與北京華怡凈化科技研究所報道了一體化濾毒通風裝置(申請?zhí)?0106229.8)，其特點是風機和一、二、三、四級過濾器均安裝于圓筒形罐體內，形成一體化結構，便于安裝使用。由二、三、四級組成的圓筒形過濾器單元，用法蘭和密封圈軸向安裝于連接板上，體積小、風量大、更換簡便快速。本裝置出口風量為300m3/h，出口全壓310Pa，濾毒時間大于30分鐘。于江報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。包括設置在空氣通道中的一個或多個障礙物或過濾障礙物，設置在所述障礙物一側或兩側的紫外燈；所述障礙物由吸附材料制成。由于在空氣通道(如中央空調管道或地下室通風管道)中設置了不同形式、不同布局的障礙物或過濾障礙物，使正常流動的空氣產生紊流，促使空氣中的塵埃、細菌或病毒被吸附在障礙物的吸附材料上，再通過紫外線燈的照射，起消毒的作用；李明浩報道了防疫空氣消毒過濾裝置(CN1457889)，它是在容器中有由液體潤濕的過濾層，氣體通過此過濾層時被過濾消毒。加裝呼吸面罩，可作為防疫面具使用。加裝鼓、引風，可用于通風換氣和室內外空氣的消毒過濾；裴東風報道了車載三防方艙濾毒通風裝置的研制(中國學術會議論文數據庫，20010828)，闡述了車載HQ-9三防方艙濾毒通風裝置的設計思想、戰(zhàn)術技術指標、裝置組成、控制系統(tǒng)的功能設置及該裝置目前達到的實際水平，并對三防方艙濾毒通風裝置的發(fā)展提出了一些看法；德國專利(DE3545664)報道了一種具有三級過濾器的為密閉空間提供有毒氣體過濾的通風設備，其過濾器可以單獨或者合并使用，其第三級過濾器過濾能力可以通過反吹得到再生。德國專利(DE19631295)報道的核生化防護密閉系統(tǒng)通風設備，為多級氣體過濾，采用人造橡膠、多孔泡沫橡膠等吸附過濾材料；日本專利(JP2002-119958)報道了Matsushita公司研制的過濾通風裝置，以活性炭為吸附劑過濾毒氣，該裝置壓降小，結構緊湊，容易制備。
綜上所述，國內外主要采用多種填料、吸附劑作為多層防護、過濾系統(tǒng)，有的還配合上濾網、無紡布作為前處理過程手段。本發(fā)明研制的濾毒通風裝置，配合具有耐多種毒氣的非對稱結構聚合物膜，對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)在國防、地下隧道、露天礦、密閉房間的空氣凈化等領域有著廣泛的用途。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種氣體分離膜濾毒通風裝置。本發(fā)明的濾毒通風裝置在地下隧道、露天礦、密閉房間的空氣凈化等領域有著廣泛的用途。
為實現上述目的，本發(fā)明提供的氣體分離膜濾毒通風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，該裝置設有空氣進氣口，該裝置的一個側面設有空氣排氣口。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結構或非均質結構；可以是無孔、致密結構或多孔結構，其中多孔結構的孔徑小于0.5μm；膜橫截面結構可以是指狀孔結構或海棉結構。
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；將鑄膜液涂覆在無紡布上，形成初生態(tài)平板膜，然后直接進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1.平板膜由聚合物涂抹在無紡布上，無紡布作為粗過濾，能有效地去除固體微粒和部分氣溶膠。調節(jié)聚合物溶液配方和涂抹工藝，可以控制無紡布上聚合物膜孔的孔徑，使氣溶膠類毒劑被有效過濾。
2.多孔皮層非對稱的膜結構可以保證滲透通量高(通常比致密皮層的非多孔膜高幾個數量級)，單位體積設備的處理量大；通常在低壓操作(如0.02～0.3MPa)，此過程能耗低。
3.由于聚合物膜與無紡布一體化，簡化濾毒器結構，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，活性炭的物理吸附能力并未因為經浸漬金屬元素而降低。它同時具備優(yōu)良地吸附和分解毒劑的綜合防護性能。
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構簡單、可靠性高等優(yōu)點。采用膜組件與浸漬炭分開組裝結構，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)明的裝置結構示意圖。
具體實施例方式
以下結合實施例詳述本發(fā)明。
實施例1下面的描述只是依據以上發(fā)明內容選出的較佳例子，其作用是對本發(fā)明作一更具體的說明，而不是用來限定本發(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(本發(fā)明的溶劑加入量沒有嚴格限定，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；將鑄膜液涂覆在無紡布上，形成初生態(tài)平板膜，然后按常規(guī)方法直接進入凝膠水浴后凝膠固化，凝固后的膜用流動水清洗24小時，以去除膜內殘留溶劑，干燥。制備的PEI膜支撐在聚酯無紡布上，膜厚約60～70微米厚，中間支撐層有尺寸約為10×30μm指狀結構孔，指狀結構層約厚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構，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，組成一個膜葉，其中夾入一層多孔支撐材料，同時在膜葉上鋪有隔網，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。
需要說明的是，可以用來制備本發(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現本發(fā)明的目的。另外，本具體實施方式
列舉的分離膜組件是卷式膜組件，其實本領域技術人員都能理解，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毒氣的防護主要是六價鉻與銅對毒氣產生催化水解作用。
請參閱圖2，制備的卷式膜組件3固定裝入濾毒通風裝置中，卷式膜組件中間的多孔管作為進氣口1。卷式膜組件3的外側填充大粒度分子篩，形成分子篩層4；分子篩層4的外側包覆有濾紙層6，濾紙層6的外側填充有銅鉻銀催化炭7；銅鉻銀催化炭7的外側和濾毒通風裝置的外殼之間再填充大粒度分子篩，形成分子篩層5。實際上，前面提到的分子篩層4可以沒有，只填充分子篩5也能達到本發(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重，但空氣濕度的變化也會影響炭層的濕度。空氣濕度對浸漬炭影響大致可分兩方面一是當炭層受潮后，水分子占據了孔表面，減少了炭層對低沸點、高揮發(fā)的毒劑的吸附，降低了防護能力；其二是催化炭吸濕后，六價鉻易被還原成三價鉻，加速了陳化現象。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。
氣體進入濾毒器后，先通過膜組件隔網，由于隔網尺寸較大，傳質阻力小，氣流分布均勻。然后氣流均勻進入膜層，先是無紡布層，接著依次進入指狀孔層和海綿狀層及多孔皮層。由于分離膜對顆粒的截留性能以及由于布朗運動作用和靜電吸附作用，氣溶膠和細菌、病毒的配合制劑微粒被去除。濾膜能阻留的最小微粒達到其平均孔徑的1/10～1/15。
然后氣體進入沉浸炭層吸附和分解未被膜組件過濾掉的殘余毒劑，最后干凈的氣流進入分子篩層，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存時環(huán)境濕氣進入浸漬炭層，而使浸漬炭被加速陳化。
實施例2氣體分離膜濾毒通風系統(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6小時后測得苯蒸氣的穿透數據如表1?？梢?，苯蒸氣穿透為0.0175/0.69＝2.53％。
表1苯蒸氣穿透值

tb穿透時間；Cb穿透濃度；C0初始濃度實施例3采用油霧法測定對氣溶膠的透過率。在規(guī)定條件下，將油霧流通過濾毒樣機，利用濁度計測定在樣機前后的油霧濃度，兩者比值的百分數為油霧透過率。濾毒器在風量為100Nm3/h；油霧粒子平均質量直徑為0.28～0.34μm；油霧濃度取為250mg/m3條件下，測得的濾毒器對油霧的凈化率＞99.999％。濾毒器在氯化氰氣體濃度2mg/l下，測得的濾毒器對氯化氰的穿透時間為90min。
權利要求
1.一種氣體分離膜濾毒通風裝置，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有進氣口，該裝置的一個側面設有空氣排氣口。
2.權利要求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，完全溶解后靜置脫泡，制得鑄膜液；將鑄膜液涂覆在無紡布上，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裝置中的進氣口四周，分離膜組件的外側包覆濾紙層，濾紙層的外側填充銅鉻銀催化炭，銅鉻銀催化炭的外側和濾毒通風裝置的外殼之間再填充大粒度分子篩。
5.權利要求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指狀結構孔，指狀結構層約厚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構，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有空氣進氣口，該裝置的一個側面設有空氣排氣口。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；將鑄膜液涂覆在無紡布上，形成初生態(tài)平板膜，然后直接進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B01D53/86GK1751775SQ20041007830
公開日2006年3月29日 申請日期2004年9月23日 優(yōu)先權日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 申請人:中國科學院大連化學物理研究所