分層或混合吸附劑床防護過濾裝置的制造方法
【專利說明】
[0001] 關(guān)于聯(lián)邦資助的研究或開發(fā)的聲明
[0002] 本發(fā)明是在由美國陸軍研發(fā)和工程指揮部（U. S. Army Research,Development and Engineering Command;畑ECOM)授予的合同號W911SR-09-C-0037的政府支持下進行。 美國政府擁有本發(fā)明的某些權(quán)利。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明設(shè)及用于除去呼吸空氣中的污染物的過濾器介質(zhì)。
【背景技術(shù)】
[0004] 擴展的表面積基材粒子，諸如活性炭、氧化侶、沸石等等，由于它們除去空氣中的 大范圍污染物的能力而被廣泛用于空氣過濾。運些材料的高度多孔結(jié)構(gòu)提供高表面積，從 而非常適用于過濾目的。就活性炭而言，多孔性得自制造的"活化"階段期間受控的氧化作 用。
[0005] 運種炭除去空氣中污染物的能力一般來講設(shè)及直接吸收并且取決于氣態(tài)分子與 炭表面之間的分子級相互作用。運種相互作用的程度可取決于W下因素，包括:炭的物理與 化學表面特征、氣體化合物的分子形狀與大小、待過濾氣體流中氣體化合物的濃度、炭床中 的停留時間、溫度、壓力和其他化學物質(zhì)的存在。根據(jù)經(jīng)驗，就單一污染物而言，吸附程度主 要取決于沸點。一般來講，沸點越高，炭除去化學物質(zhì)的能力越大。
[0006] 因此，未浸潰的炭自身并不具有很大的除去空氣中低沸點氣體(包括反應(yīng)性氣體） 或蒸汽的能力。已設(shè)想出將化學物質(zhì)滲入到炭中的處理方式W得到改善的污染物除去能 力。運些處理方式一般稱為"浸潰"法，并且該處理所得的結(jié)果為"浸潰"炭。
[0007] 美國國家職業(yè)安全與健康研究所（National Institute for Occwational Safety and胎alth;NI0SH)設(shè)定了關(guān)于呼吸器與免遭化學、生物、放射性與核(CBRN)試劑 的呼吸防護的標準。關(guān)于操作式和逃出（escape)型過濾器的NIOSH CBRN標準通常要求，合 格的過濾裝置能夠除去生物顆粒和其他顆粒，W及被選中代表毒性化合物家的10種氣體。 運10種NIOSH氣體為二氧化硫(S化）、硫化氨化S)、甲醒化CO)、氨(畑3)、氯化氨化CN)、氯化 氯(C1CN、或CK)、光氣(COCb)、環(huán)己燒(Cs出2)、二氧化氮(N02)和麟(P也）。通常，符合NIOSH標 準的過濾器使用能夠除去所有運些氣體的炭進行構(gòu)造、或者使用總體除去所列出的所有類 型化合物的炭層進行構(gòu)造。通常，所列出的氣體中的一種推動對更大量的顆粒狀吸附劑材 料的需要。就目前的炭技術(shù)而言，運種氣體通常是氨或二氧化硫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引關(guān)于針對目標氣體提供的防護，高度期望改善目前工業(yè)可替換的過濾罐/過濾器 組件的性能。盡管在許多情況下適用的標準是性能標準而不是設(shè)計標準，但是期望使過濾 罐/過濾器的總體積和深度減到最小。運樣做有助于保持使用者的視野并且限制過濾罐/過 濾器組件的總重量W及在穿戴時可能施加在使用者頸部肌肉上的杠桿作用。
[0009] 我們已發(fā)現(xiàn)，通過用新型過濾器介質(zhì)組合替換目前典型過濾罐/過濾器組件中的 全浸潰炭填充物可W實現(xiàn)有益的性能改善。因此，在一個方面，本發(fā)明提供一種過濾裝置， 該過濾裝置包括：
[0010] A)流體不可透過的外殼，該外殼具有氣體入口和氣體出口； W及
[0011] B)設(shè)置在外殼內(nèi)的多個第一過濾器介質(zhì)粒子和多個第二過濾器介質(zhì)粒子，第一過 濾器介質(zhì)粒子包括含有至少一種金屬浸潰劑的擴展的表面積基材，第二過濾器介質(zhì)粒子包 括擴展的表面積氨氧化錯基材和(氨)氧化鋒。
[0012] 在運樣一種裝置的一個優(yōu)選的實施例中，第一過濾器介質(zhì)粒子和第二過濾器介質(zhì) 粒子W不同的層的形式存在，即，作為包括多個第一過濾器介質(zhì)粒子的第一層和作為包括 多個第二過濾器介質(zhì)粒子的第二層，第一過濾器介質(zhì)粒子包括含有至少一種金屬浸潰劑的 擴展的表面積基材，第二過濾器介質(zhì)粒子包括擴展的表面積氨氧化錯基材和(氨)氧化鋒。
[0013] 在另一方面，本發(fā)明提供一種用于制備過濾裝置的方法，該方法包括：
[0014] A)提供流體不可透過的外殼，該外殼具有氣體入口和氣體出口；
[0015] B)將多個第一過濾器介質(zhì)粒子和多個第二過濾器介質(zhì)粒子設(shè)置在外殼中，第一過 濾器介質(zhì)粒子包括含有至少一種金屬浸潰劑的擴展的表面積基材，第二過濾器介質(zhì)粒子包 括擴展的表面積氨氧化錯基材和(氨)氧化鋒。
[0016] 運種方法的一個優(yōu)選的實施例設(shè)及將第一過濾器介質(zhì)粒子和第二過濾器介質(zhì)粒 子W不同的層的形式設(shè)置在外殼中，即，作為包括多個第一過濾器介質(zhì)粒子的第一層和包 括多個第二過濾器介質(zhì)粒子的第二層，第一過濾器介質(zhì)粒子包括含有至少一種金屬浸潰劑 的擴展的表面積基材，第二過濾器介質(zhì)粒子包括擴展的表面積氨氧化錯基材和(氨)氧化 鋒。
[0017] 所公開的過濾裝置和方法可用于個人防護或集體防護。例如，所公開的方法可用 于制造個人呼吸防護裝置(包括被動空氣凈化呼吸器或非動力呼吸器，W及動力空氣呼吸 器），W及用于制造用于建筑、車輛和人類居住、工作或聚集的其他地方的集體防護裝置(包 括HVAC過濾器和車輛過濾器）。所公開的過濾裝置和方法提供在二氧化氮、硫化氨、氨和甲 醒的穿透時間方面尤其有益的改善。在一個優(yōu)選的實施例中，相較于針對具有相同內(nèi)部體 積但僅填充有第一過濾器介質(zhì)粒子或僅填充有第二過濾器介質(zhì)粒子的過濾罐/過濾器所觀 測到的穿透時間，二氧化氮、硫化氨和甲醒的可替換過濾罐/過濾器的穿透時間得到協(xié)同改 善。
[0018] 在W下【具體實施方式】中，將顯而易見本發(fā)明的運些方面和其他方面。然而，在任何 情況下都不應(yīng)將上述
【發(fā)明內(nèi)容】
理解為是對要求保護的主題的限制，該主題僅由如在審查期 間可W進行修改的所附權(quán)利要求書限定。
【附圖說明】
[0019] 圖1為根據(jù)本公開的示例性過濾裝置的示意性橫截面視圖；
[0020] 圖2為包括根據(jù)本公開的示例性過濾裝置的示例性個人呼吸器的透視圖；
[0021 ]圖3為根據(jù)本公開的另一個示例性過濾裝置的示意性橫截面視圖；
[0022] 圖4為包括根據(jù)本公開的示例性過濾裝置的另一個示例性個人呼吸器的透視圖；
[0023] 圖5為根據(jù)本公開的示例性集體防護裝置的示意圖，部分W橫截面示出；并且
[0024] 圖6至圖8是比較僅填充有第一過濾器介質(zhì)粒子、僅填充有第二過濾器介質(zhì)粒子、 或填充有相同深度的第一過濾器介質(zhì)粒子層和第二過濾器介質(zhì)粒子層(在壓縮之前）的過 濾罐/過濾器外殼針對各種目標氣體的性能的圖。
[0025] 在各幅附圖中，相似的附圖標記用來表示類似的元件。圖中的元件未必按比例繪 制。
【具體實施方式】
[0026] 術(shù)語"胺功能性材料"是指含有至少一個具有一對孤對電子的氮原子的材料。更優(yōu) 選地，術(shù)語1安功能性材料"是指包含結(jié)合到=個部分的氮的有機材料，其中運些部分中的 至少一個不是氨。結(jié)合到氮的運些部分中的多于一個部分可為環(huán)結(jié)構(gòu)的共同成員。
[0027] 術(shù)語"堿"是指可與質(zhì)子（即，氨離子)組合W形成新化合物的任何材料。水溶性堿 在水溶液中產(chǎn)生大于7.0的pH。
[0028] 當關(guān)于顆粒材料使用時，術(shù)語"擴展的表面積基材"是指運樣的粒子:運些粒子的 表面，包括該表面中的任何孔，是(優(yōu)選在微觀水平下)足夠大、不規(guī)則或W其他方式說旋繞 的，使得粒子能夠用至少一種金屬浸潰劑諸如元素金屬或金屬鹽浸潰。
[0029] 術(shù)語"過濾器介質(zhì)"是指可用于從流動的氣體流中除去一種或多種污染物的結(jié)構(gòu) (例如，填充粒子床)或制品（例如，非織造幅材）。
[0030] 當關(guān)于浸潰劑使用時，術(shù)語"過濾功效"是指滲入浸潰劑的過濾器介質(zhì)相較于不含 浸潰劑的其他相同的介質(zhì)具有更大的從流動氣體流中除去指定污染物的能力。在優(yōu)選的實 施例中，過濾功效是指浸潰劑能夠提供依照所需的政府規(guī)定諸如美國的NIOSH標準、歐洲的 CEN標準或其他地方的類似標準的針對指定污染物的過濾防護。浸潰劑可自身或當與一種 或多種其他浸潰劑組合使用時具有運種過濾功效。
[0031] 當關(guān)于過濾器介質(zhì)的外殼使用時，術(shù)語"流體不可透過的"是指結(jié)構(gòu)或材料(并非 用于此