專利名稱：用于從氣體混合物中消耗酸性氣體的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于利用氫氧化物化合物和吸濕物質(zhì)從尤其為呼吸氣體的氣體混合物中消耗尤其為CO2的酸性氣體的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
封閉的和半封閉的呼吸循環(huán)用于實(shí)現(xiàn)使用戶完全地或部分地與環(huán)境空氣無關(guān)地進(jìn)行呼吸。這例如在消防隊(duì)員的循環(huán)呼吸機(jī)、礦井、同樣還有逃生設(shè)備、潛水設(shè)備或潛水艇中是這種情況。通過循環(huán)呼吸空氣能夠節(jié)約呼吸氣體。這對于在麻醉中的應(yīng)用而言是尤其重要的。當(dāng)然需要消耗由用戶所產(chǎn)生的和呼出的二氧化碳。通常通過具有不同的摻雜物的堿金屬氫氧化物或堿土金屬氫氧化物來消耗二氧化碳。例如根據(jù)下面的反應(yīng)流程:co2+h2o->h2co3H2C03+2Na0H->Na2C03+2H20Na2C03+Ca (OH) 2_>CaC03+2Na0HCa (OH) 2+C02_>CaC03+H20+ 熱量 Λ HR=-113kJ/mol如此使用的堿土金屬氫氧化物通常稱作堿石灰。除堿土金屬氫氧化物之外，水是反應(yīng)物，水對于CO2吸收劑的最佳反應(yīng)能力而言是必需的。對于麻醉中的應(yīng)用已經(jīng)提出不同的吸收材料。已知的吸收材料通常為堿土金屬氯化物(EP0939671BUW098/23370)，簡單的硅酸鹽或堿土金屬硫酸鹽(EP0939671B1)。但是，對于本發(fā)明的目的而言需要尤其在應(yīng)用潮濕氣體時(shí)實(shí)現(xiàn)二氧化碳的更高的吸納能力。在此已發(fā)現(xiàn)，添加傳統(tǒng)的保濕劑能夠?qū)е掠糜谒嵝詺怏w的吸收劑的吸納性能的損失并且導(dǎo)致抗磨蝕能力的降低。在儲(chǔ)存堿石灰時(shí)，水能夠穿過包裝而喪失。由此CO2吸納性能能夠降低，因?yàn)椴辉偬峁┳懔康乃鳛榉磻?yīng)物(參看上面的反應(yīng)流程)。當(dāng)以相應(yīng)的包裝運(yùn)輸時(shí)，能夠附加地出現(xiàn)堿石灰的磨蝕(粉塵)。所述磨蝕是不期望的，因?yàn)樗瞿ノg在沒有適當(dāng)對策的情況下存在于呼吸循環(huán)中并且能被吸收。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于以下目的，提供用于酸性氣體的吸收材料，所述吸收材料不具有現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，并且尤其一方面提供水并且另一方面結(jié)合水并且是儲(chǔ)存穩(wěn)定的，也就是說，在儲(chǔ)存期間保持吸收劑的吸收能力，而沒有導(dǎo)致?lián)p失CO2吸納性能。此外，同時(shí)提高抗磨蝕能力也是期望的。通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題來實(shí)現(xiàn)所述目的。優(yōu)選的實(shí)施形式是從屬權(quán)利要求的主題或在下文中描述。本發(fā)明的主題是同時(shí)應(yīng)用作為用于氣體混合物的酸性氣體的吸收劑的至少一種氫氧化物化合物和具有/為超吸收聚合物(SAP)和/或蛭石的形式的至少一種吸水物質(zhì)，其中氫氧化物化合物和具有超吸收聚合物和/或蛭石形式的吸水物質(zhì)彼此直接在空間上接觸。酸性氣體尤其為二氧化碳(co2)。氣體混合物尤其為環(huán)境空氣，優(yōu)選為呼吸氣體，例如通過呼氣過程所提供的呼吸氣體。這種呼出的呼吸氣體具有殘留水分并且是加熱的。而且，氣體混合物也能夠是潛水用氣，例如包括由下列組成的混合物:a)體積比〈79%的體積百分比的氮?dú)夂腕w積比>21%的體積百分比的氧氣。b )氧氣、氮?dú)夂秃?例如20%至40%體積百分比的氧氣,20%至40%體積百分比的氦氣和30%至50%體積百分比的氮?dú)?。合適的氫氧化物化合物是堿土金屬氫氧化物，尤其為氫氧化鈣，或者是堿土金屬氫氧化物連同堿金屬氫氧化物，例如氫氧化鈣連同氫氧化鈉和/或氫氧化鋰。堿金屬氫氧化物與堿土金屬氫氧化物相比優(yōu)選地以較小的比例(質(zhì)量比)使用。目前也稱作保水劑的吸水物質(zhì)是超吸收聚合物(SAP)或蛭石(層狀硅酸鹽)。這一方面用作保濕劑并且另一方面具有高的保水能力。超吸收聚合物在本發(fā)明的范圍中是能夠吸收其自重的多倍的水的聚合物。合適的超吸收聚合物例如為利用交聯(lián)劑(例如，核交聯(lián)劑)制造的由丙烯酸和丙烯酸鹽(例如，丙烯酸鈉)制成的共聚物。不同的交聯(lián)劑能夠用于交聯(lián)的聚丙烯酸(crosslinked交聯(lián)的)。聚合物通過聚合物鏈的交聯(lián)而是不溶于水的。水滲透到聚合物顆粒中，使得所述聚合物顆粒膨脹并且結(jié)合水。其他的超吸收聚合物是交聯(lián)的聚糖衍生物。在本發(fā)明的范圍中，超吸收聚合物理解成有機(jī)聚合物，所述有機(jī)聚合物雖然能夠在水中膨脹，但是是不可溶解的。有機(jī)聚合物借助于水膨脹到其自重的幾倍。合適的超吸收聚合物包括從化學(xué)方面來看部分中和的以及交聯(lián)的聚丙烯酸、淀粉-丙烯晴接枝共聚物的(部分)水解產(chǎn)物、(部分)中和的淀粉-丙烯酸接枝共聚物、(部分)皂化的醋酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物、(部分)水解的丙烯晴或丙烯酰胺共聚物、所述水解產(chǎn)物的交聯(lián)產(chǎn)物和由交聯(lián)的陽離子單體組成的聚合物。具體地，下述單體能夠單獨(dú)地或以組合形式包含在交聯(lián)的超吸收聚合物中:丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基磺酸、苯乙烯磺酸、2-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸、2-(甲基)丙烯酰乙烷磺酸、2-(甲基)丙烯酰丙烷磺酸以及上述酸的鹽。此外還有(甲基)丙烯酰胺、N-乙基(甲基)丙烯酸鹽、N，N- 二甲基氨丙基-(甲基)丙烯酸鹽、N，N-二甲基氨丙基(甲基)丙烯酰胺以及上述物質(zhì)的季鹽和乙烯吡咯烷酮。作為交聯(lián)劑合適的例如為烯丙基甲基丙烯酸鹽、二甘醇二丙烯酸鹽、乙氧基三羥甲基丙烷三丙烯酸鹽、乙二醇二縮水甘油醚、亞甲基雙丙烯酰胺、四烯丙氧基甲烷、三烯丙基胺和三羥甲基丙烷三丙烯酸鹽。更多的關(guān)于超吸收劑的說明從Fredric L.Buchholz和Andrew Τ.Graham的、由Verlag Wiley-VCH (I"8 年)出版的書 “Modern Superabsorbent Polymer Technology”中得出。優(yōu)選的是基于聚丙烯酸鹽、聚甲基丙烯酸鹽以及相應(yīng)的共聚物的超吸收聚合物。蛭石是層狀硅酸鹽并且能夠通過以下通用成分來描述:(Mg0.5，Ca0.5，Na, K) 0.7 (Mg, Fe, Al) 3 [ (OH) 21 (Al, Si) 2Si2010].4H20。超吸收劑能夠根據(jù)配方吸納直至其自重的1000倍的水。例如為氯化鈣的常規(guī)的保濕劑能夠僅吸納大約為其自重的二倍的濕氣，然而蛭石至少還能夠吸收直至其自重20倍的濕氣。具有吸收劑料的吸收劑包含以吸收劑計(jì)優(yōu)選地大于10%重量百分比的、尤其優(yōu)選大于15%重量百分比的并且可能也大于20%重量百分比的水。以重量百分比表示的水的負(fù)荷度例如能夠借助于通過在提高的溫度下進(jìn)行干燥而得到的差值來確定?？傊?，在本發(fā)明的范圍中，將氫氧化物化合物、超吸收聚合物和蛭石的總和理解成吸收劑料。不同地，除吸收劑料之外，吸收劑能夠包含其他的組成部分。根據(jù)一個(gè)設(shè)計(jì)方案，上述吸水物質(zhì)(超吸收聚合物和/或蛭石，但是沒有水)總計(jì)占吸收劑料(100%的重量百分比)的0.5%至15%的重量百分比、尤其為0.5%至5%的重量百分比。氫氧化物化合物形成剩余物以達(dá)到100%的重量百分比。此外，本發(fā)明的特征在于吸收劑的結(jié)構(gòu)。在例如吸收床的形式的吸收劑中，保濕劑與氫氧化物化合物接觸，優(yōu)選地全面地接觸:.全部的組成部分能夠共同地以粉末或顆粒的形式存在(填料)。.保濕劑和氫氧化物化合物分別以粉末或顆粒形式并排/重疊地設(shè)置在層中，所述層例如通過如無紡布(Vlies)的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)而相互分隔。.氫氧化物化合物和/或吸水物質(zhì)必要時(shí)也共同地施加(承載)在層中、施加在例如為無紡布的承載材料上。.例如通過氫氧化物化合物作為顆粒存在并且將尤其為聚合物超吸收劑的吸水物質(zhì)施加到顆粒上，將保濕劑在吸收床中圍繞氫氧化物設(shè)置，或者反之亦然。氫氧化物化合物必要時(shí)能夠連同其他物質(zhì)一起作為顆粒存在，典型地，粒度范圍在Imm至5mm之間。粒度分析的原理能夠例如為根據(jù)美國藥典27版-國家處方集22版所述的方法。顆粒形狀在此能夠是不規(guī)則的，但是也能夠是半球形的或球形的或作為小卷或片劑。保濕劑也能夠作為顆粒圍繞CO2吸收劑設(shè)置或設(shè)置在承載體上，其中保濕劑對于氫氧化物化合物而言是承載體，或者反之亦然。也可能的是，將氫氧化物化合物和保濕劑共同地加工成粒料，以便借助于所述粒料來制造填料，或者將二者施加到固體的承載體上。所述承載體能夠具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明主要應(yīng)用在呼吸循環(huán)機(jī)和麻醉中，但是也能夠應(yīng)用在將基于氫氧化物的現(xiàn)今的吸收材料用于例如為二氧化碳的酸性氣體的任何其他的用途中。在此，通常使用下述呼吸系統(tǒng):在所述呼吸系統(tǒng)中，將呼吸氣體循環(huán)并且在移除/消耗呼出的二氧化碳之后重新輸送給用戶。呼吸循環(huán)機(jī)的實(shí)例是也稱作“水下呼吸器”的循環(huán)潛水設(shè)備。消耗的呼吸氣體被置換，其中在麻醉系統(tǒng)中添加揮發(fā)性的麻醉劑。呼吸循環(huán)機(jī)能夠構(gòu)成為是封閉的或半封閉的。半封閉的呼吸循環(huán)機(jī)是借助于(混合)氣體源替換消耗的氧氣的呼吸循環(huán)機(jī)。通過持續(xù)地或消耗相關(guān)地將呼吸氣體添加到循環(huán)中而出現(xiàn)下述必要性，將過量的呼吸氣體通過合適的閥或通過經(jīng)由面罩進(jìn)行的呼出而輸出。無源半封閉呼吸循環(huán)機(jī)是借助于(混合)氣體源替換消耗的氧氣的半封閉呼吸循環(huán)機(jī)。在此，在每次呼吸中將恒定比例(例如，1:5至1:20)的循環(huán)容積的從儀器中取出并且向外輸出。那么，減少的容積將重新(經(jīng)由閥)自動(dòng)地用混合氣體來填充。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)基于，能夠通過保水劑將大量的水結(jié)合在吸收材料自身中，從而能夠提供用于與酸性氣體進(jìn)行反應(yīng)的媒介，進(jìn)而延長儲(chǔ)存時(shí)間。
在麻醉用途的情況下期望的是，也沒有出現(xiàn)或減少麻醉劑分解，因?yàn)槁樽韯┓纸庥捎诟稍锒芤娌⑶疫@通過添加保水劑而被抑制。此外，少量的反應(yīng)水從吸收床排放到呼吸循環(huán)中，使得設(shè)備運(yùn)行受到更少影響并且能夠調(diào)整生理學(xué)上舒適的呼入濕度。作為正面的副作用附加地出現(xiàn):在每次使用之后無論如何都消耗吸收劑料并且必須更換，進(jìn)而不需要通過倒空冷凝槽等引起的用戶的附加的耗費(fèi)。通過超吸收劑的形成隨后保持水的氫鍵的特性，也提高機(jī)械穩(wěn)定性，因?yàn)閯偤媒Y(jié)合水而提高吸收劑之內(nèi)的交聯(lián)。


通過附圖詳細(xì)地闡明本發(fā)明或其特性。示出:圖1示出不同的堿石灰的消耗傾向，圖2示出不同的堿石灰的CO2吸收能力，圖3示出濾筒中的一種可能設(shè)置以及圖4示出濾筒中的另一種可能設(shè)置。
具體實(shí)施例方式并不是每種鎖水劑都顯示出上述優(yōu)點(diǎn)，如以下的實(shí)驗(yàn)實(shí)例示出:配方示例1:將氫氧化鈣與重量百分比是3%的氫氧化鈉和重量百分比是1%的基于丙烯酸鹽的超吸收劑和過量的水混合。隨后，使膏顆化并且干燥到大約16%的含水量。所得到的產(chǎn)物在圖1和2中作為產(chǎn)物A示出?？鼓ノg強(qiáng)度在此外例如用于藥劑檢測的磨損儀中測定長達(dá)7小時(shí)并且在圖1中示出。傳統(tǒng)的CO2吸收劑B包含作為保水劑的氯化鈣，另一種傳統(tǒng)的產(chǎn)品C包含硅酸鹽。在產(chǎn)品B和C的情況下降低抗磨蝕強(qiáng)度。兩種具有鎖水劑的堿石灰在STANAG1411C02測試(參看圖2)中示出CO2性能的降低。在使用超吸收劑時(shí)，在良好的CO2性能的情況下提高抗磨蝕強(qiáng)度。執(zhí)行磨蝕測試，使得IOg無粉塵的CO2吸收劑在磨蝕度試驗(yàn)器中旋轉(zhuǎn)7個(gè)小時(shí)。之后經(jīng)由0.42mm的濾網(wǎng)來進(jìn)行過濾。由100減去百分比計(jì)算的磨蝕度(〈0.42mm)得出抗磨蝕強(qiáng)度。CO2吸納測試在北約標(biāo)準(zhǔn)1411中描述。圖4示意地示出過濾元件形式的CO2吸收劑的結(jié)構(gòu),例如所述過濾元件能夠使用在呼吸系統(tǒng)中。CO2過濾元件I具有帶有進(jìn)氣口 3和出氣口 4的殼體2，所述出氣口具有構(gòu)成為吸收床5的吸收劑，所述吸收床設(shè)有CO2吸收劑6和填料形式的保水劑7。在圖3中示出通過無紡布8隔開的層中的吸收劑的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.用于從氣體混合物中消耗酸性氣體的設(shè)備，其中所述設(shè)備包括吸收劑，所述吸收劑包含: -吸納二氧化碳的物質(zhì)，所述吸收二氧化碳的物質(zhì)具有至少一種氫氧化物化合物或者由其組成以及 -吸水物質(zhì)，所述吸水物質(zhì)具有超吸收聚合物(SAP)和/或蛭石或者由其組成， 其中一方面氫氧化物化合物和另一方面超吸收聚合物(SAP)和/或蛭石形成吸收劑料并且相互直接接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述吸收劑彼此無關(guān)地 -具有層狀結(jié)構(gòu)，所述層狀結(jié)構(gòu)包括吸收劑料的至少三個(gè)不同的層，其中至少一個(gè)層由另外兩個(gè)不同的層至少部分地包圍， -是包括吸收劑料的顆粒的混勻的填料， -將超吸收聚合物和/或蛭石以及氫氧化物化合物施加在堅(jiān)硬的或柔軟的承載體上， -將超吸收聚合物和/或蛭石施加到作為承載體的氫氧化物化合物上或者反之亦然，和/或 -分別將氫氧化物化合物和超吸收聚合物和/或蛭石共同地加入到顆粒中。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述氫氧化物化合物是堿土金屬氫氧化物或者包括堿土金屬氫氧化物。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述氫氧化物化合物具有堿土金屬氫氧化物和堿金屬氫氧化物，優(yōu)選地，堿金屬氫氧化物以使用的所述氫氧化物化合物的質(zhì)量計(jì)占至質(zhì)量百分比的0.5%至8%。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述氫氧化物化合物是氫氧化鈉和/或氫氧化鋰或者包含氫氧化鈉和/或氫氧化鋰。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述吸水物質(zhì)總計(jì)占所述吸收劑料的質(zhì)量百分比的0.5%至15%，其中不包括可能吸納的水。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，具有所述吸收劑料的所述吸收劑以所述吸收劑計(jì)包含大于10%的重量百分比的、尤其優(yōu)選地大于15%的重量百分比的并且必要時(shí)也大于20%的重量百分比的水。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括/流過有氣體混合物，所述氣體混合物包括作為酸性氣體的二氧化碳并且所述氣體混合物是包括揮發(fā)性麻醉劑的麻醉呼吸氣體、潛水用氣或空氣、尤其是呼吸氣體，例如其通過呼氣過程來提供。
9.包含根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的設(shè)備的呼吸循環(huán)機(jī)，其中所述吸收劑尤其是能夠更換和/或能夠填充的筒的一部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的呼吸循環(huán)機(jī)，其特征在于，所述呼吸循環(huán)機(jī)還包括/流出氣體混合物，所述氣體混合物包括作為酸性氣體的二氧化碳并且所述氣體混合物是包括揮發(fā)性麻醉劑的麻醉呼吸氣體、潛水用氣或空氣、尤其是呼吸氣體，例如其通過呼氣過程來提供。
11.利用根據(jù)權(quán)利要求1至8中至少一項(xiàng)所述的設(shè)備或根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的呼吸循環(huán)機(jī)從氣體混合物、尤其是從氣體流中移除酸性氣體、尤其為二氧化碳的方法。
全文摘要
本發(fā)明的主題是用于利用氫氧化物化合物(6)和具有超吸收聚合物或蛭石(7)的形式的吸濕物質(zhì)從尤其為呼吸氣體的氣體混合物(3)中消耗尤其為CO2的酸性氣體的一種設(shè)備(1)和一種方法。
文檔編號B01D53/02GK103180025SQ201180049203
公開日2013年6月26日 申請日期2011年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月11日
發(fā)明者安妮特·科澤加滕 申請人:德爾格安全股份兩合公司