[发明专利]分层或混合吸附剂床防护过滤装置

说明书

关于联邦资助的研究或开发的声明

本发明是在由美国陆军研发和工程指挥部(U.S.ArmyResearch, DevelopmentandEngineeringCommand；RDECOM)授予的合同号W911SR- 09-C-0037的政府支持下进行。美国政府拥有本发明的某些权利。

技术领域

本发明涉及用于除去呼吸空气中的污染物的过滤器介质。

背景技术

扩展的表面积基材粒子，诸如活性炭、氧化铝、沸石等等，由于它们 除去空气中的大范围污染物的能力而被广泛用于空气过滤。这些材料的高 度多孔结构提供高表面积，从而非常适用于过滤目的。就活性炭而言，多 孔性得自制造的“活化”阶段期间受控的氧化作用。

这种炭除去空气中污染物的能力一般来讲涉及直接吸收并且取决于气 态分子与炭表面之间的分子级相互作用。这种相互作用的程度可取决于以 下因素，包括：炭的物理与化学表面特征、气体化合物的分子形状与大 小、待过滤气体流中气体化合物的浓度、炭床中的停留时间、温度、压力 和其他化学物质的存在。根据经验，就单一污染物而言，吸附程度主要取 决于沸点。一般来讲，沸点越高，炭除去化学物质的能力越大。

因此，未浸渍的炭自身并不具有很大的除去空气中低沸点气体(包括 反应性气体)或蒸汽的能力。已设想出将化学物质掺入到炭中的处理方式 以得到改善的污染物除去能力。这些处理方式一般称为“浸渍”法，并且 该处理所得的结果为“浸渍”炭。

美国国家职业安全与健康研究所(NationalInstituteforOccupational SafetyandHealth；NIOSH)设定了关于呼吸器与免遭化学、生物、放射性与 核(CBRN)试剂的呼吸防护的标准。关于操作式和逃出(escape)型过滤器的 NIOSHCBRN标准通常要求，合格的过滤装置能够除去生物颗粒和其他颗 粒，以及被选中代表毒性化合物家的10种气体。这10种NIOSH气体为二 氧化硫(SO₂)、硫化氢(H₂S)、甲醛(H₂CO)、氨(NH₃)、氰化氢(HCN)、氯化 氰(ClCN、或CK)、光气(COCl₂)、环己烷(C₆H₁₂)、二氧化氮(NO₂)和膦 (PH₃)。通常，符合NIOSH标准的过滤器使用能够除去所有这些气体的炭 进行构造、或者使用总体除去所列出的所有类型化合物的炭层进行构造。 通常，所列出的气体中的一种推动对更大量的颗粒状吸附剂材料的需要。 就目前的炭技术而言，这种气体通常是氨或二氧化硫。

发明内容

关于针对目标气体提供的防护，高度期望改善目前工业可替换的过滤 罐/过滤器组件的性能。尽管在许多情况下适用的标准是性能标准而不是设 计标准，但是期望使过滤罐/过滤器的总体积和深度减到最小。这样做有助 于保持使用者的视野并且限制过滤罐/过滤器组件的总重量以及在穿戴时可 能施加在使用者颈部肌肉上的杠杆作用。

我们已发现，通过用新型过滤器介质组合替换目前典型过滤罐/过滤器 组件中的全浸渍炭填充物可以实现有益的性能改善。因此，在一个方面， 本发明提供一种过滤装置，该过滤装置包括：

A)流体不可透过的外壳，该外壳具有气体入口和气体出口；以及

B)设置在外壳中的多个第一过滤器介质粒子和多个第二过滤器介质粒 子，第一过滤器介质粒子包括含有至少一种金属浸渍剂的扩展的 表面积基材，第二过滤器介质粒子包括扩展的表面积氢氧化锆基 材。

在这样一种装置的一个优选的实施例中，第一过滤器介质粒子和第二 过滤器介质粒子以不同的层的形式存在，即，作为包括多个第一过滤器介 质粒子的第一层和作为包括多个第二过滤器介质粒子的第二层，第一过滤 器介质粒子包括含有至少一种金属浸渍剂的扩展的表面积基材，第二过滤 器介质粒子包括扩展的表面积氢氧化锆基材。

在另一方面，本发明提供一种用于制备过滤装置的方法，该方法包 括：

A)提供流体不可透过的外壳，该外壳具有气体入口和气体出口；