1 引言
隨著工業(yè)化程度的不斷提高，化學(xué)工業(yè)的飛速發(fā)展，由此產(chǎn)生的各種危害也日益增多，這些危害不僅對(duì)環(huán)境造成污染，也對(duì)人類自身的健康造成影響，特別對(duì)在有污染物排放的企業(yè)工作的勞動(dòng)者，他們是污染的直接受害者，如不進(jìn)行安全的個(gè)體防護(hù)，最終會(huì)導(dǎo)致各種職業(yè)病，甚至有生命危險(xiǎn)．為了預(yù)防控制職業(yè)病，保護(hù)勞動(dòng)者的健康，我國(guó)在2002-5-1日開(kāi)始實(shí)施《中華人民共和國(guó)職業(yè)病防治法》，這是我國(guó)開(kāi)展勞動(dòng)保護(hù)工作的重要法律依據(jù)，其中法定的職業(yè)病中有80％與呼吸系統(tǒng)有關(guān)，那么可見(jiàn)呼吸系統(tǒng)的防護(hù)是個(gè)體防護(hù)裝備的重點(diǎn)。
過(guò)濾式防毒面具是一種在不缺氧（即含氧量大于18％）的環(huán)境下佩戴的呼吸防護(hù)用品，其作用是將染毒的氣體、放射性灰塵及細(xì)菌、病毒等過(guò)濾，使配戴者呼吸凈化后的空氣，而濾毒罐（盒）作為過(guò)濾元件是過(guò)濾式防毒面具的重要組成部分，起過(guò)濾作用的裝填層是由顆顆料狀的活性炭或浸漬活性炭組成，它依靠活性炭的物理吸附和浸漬活性炭的化學(xué)吸附以及催化吸附濾除各種有毒氣體。
2 活性炭的性質(zhì)
活性炭是以優(yōu)質(zhì)煤或果殼為原料，經(jīng)過(guò)加工成型、炭化、活化等工藝過(guò)程制成的一種多孔性的主要含碳、含少量氫和氧等元素的物質(zhì)，具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和高度發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)及巨大的比表面積（每一克活性炭就有幾百平方米的表面積），因而具有極強(qiáng)的吸附能力，包括了物理吸附、化學(xué)吸附和催化吸附等，在各行業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用：如用于脫色、脫臭、脫硫、脫苯……。在個(gè)體防護(hù)中利用活性炭的這一特點(diǎn)，針對(duì)不同類型的毒氣，生產(chǎn)了各種顆?；钚蕴亢徒n活性炭，作為工業(yè)防毒面具的裝填層。
由于原材料和制造工藝不同，活性炭的孔隙系統(tǒng)呈多分散分布，包含微孔、中孔、大孔，孔徑分別為，＜20?、20?~2000?、＞2000?，微孔的大小與分子尺寸相當(dāng)，而大孔則能用普通光學(xué)顯微鏡觀察到，正是這種寬大的孔隙分布使得活性炭能吸附各種不同大小的分子，無(wú)顯著的選擇性，也就是受干擾的因素很多。它的化學(xué)組成（主要含碳）決定了它的表面呈非極性特征。因而，活性炭的吸隊(duì)特性可以顯示出極其復(fù)雜的多樣性，而且有一些特性是區(qū)別于其它類型的吸附劑?；钚蕴康奈侥芰Γ捶雷o(hù)時(shí)間）可用下面的麥克林伯格方程來(lái)描述：
θ=a0 (H-h) / c0 V （1）
式中：θ——防護(hù)時(shí)間，min
a0——活性炭吸附容量，mg/cm3
b0——毒氣濃度，mg/L
V——?dú)饬鞅人?，L/(min?cm2)
H——炭層厚度，cm
h——無(wú)效層厚度，cm
由上式可知，活性炭的吸附容量越大，炭層的厚度越厚，防護(hù)時(shí)間就越長(zhǎng)，反之，毒氣濃度越大，氣流比速越大，防護(hù)時(shí)間就越短，但上式卻沒(méi)有提及濕度等對(duì)防護(hù)時(shí)間的影響，對(duì)這些因素的影響，一般使用者也缺乏足夠的了解和應(yīng)有的重視，下面采用三組3號(hào)濾毒盒（即利用活性炭的物理吸附凈化有機(jī)氣體并與過(guò)濾式防毒面具配套）為樣品，進(jìn)行不同毒氣濃度、空氣濕度和試驗(yàn)氣流量時(shí)的防護(hù)時(shí)間測(cè)定，以明確這些因素的綜合影響。
3 影響活性炭吸附性能的幾個(gè)因素
3.1 毒氣濃度的影響
參照GB/T2892-1995《過(guò)濾式防毒面具濾毒罐性能試驗(yàn)方法》和ＧＢ/T7702.10—1997《煤質(zhì)顆?；钚蕴吭囼?yàn)方法 防護(hù)時(shí)間的測(cè)定》的測(cè)定方法。用ＤＸ—1型動(dòng)態(tài)吸附分析裝置，在溫度為20℃，空氣相對(duì)濕度為50％±3％，通過(guò)濾毒盒的試驗(yàn)氣流量為（30±0.3）L/min的試驗(yàn)條件下，將含有一定苯蒸氣的混合空氣不斷的通過(guò)濾毒盒，從通入毒氣開(kāi)始計(jì)時(shí)，至毒氣透過(guò)濾毒盒，且濃度達(dá)到規(guī)定值（用2％的NaNO2硫酸溶液為指示劑），這段時(shí)間間隔為該濾毒盒對(duì)苯蒸氣的防護(hù)時(shí)間；而苯蒸氣的濃度則是根據(jù)防護(hù)時(shí)間內(nèi)舟形瓶中苯的減少量及試驗(yàn)氣流量計(jì)算得出，濃度的大小則通過(guò)控制流量計(jì)的液柱高度來(lái)實(shí)現(xiàn)；將第一組樣品，測(cè)定在不同濃度苯蒸氣中的防護(hù)時(shí)間，得出如下結(jié)果，見(jiàn)表1，為便于比較，將所測(cè)得的防護(hù)時(shí)間通過(guò)下式換算為標(biāo)準(zhǔn)濃度（對(duì)于3號(hào)濾毒盒的標(biāo)準(zhǔn)濃度為5.0mg/L）下的防護(hù)時(shí)間，即標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)時(shí)間。
t標(biāo)準(zhǔn)＝t實(shí)測(cè)?C實(shí)測(cè)/C標(biāo)準(zhǔn) （2）
式中： t標(biāo)準(zhǔn)——濾毒罐（盒）的標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)時(shí)間，min
t實(shí)測(cè)——試驗(yàn)濃度下的防護(hù)時(shí)間，min
C實(shí)測(cè)——試驗(yàn)毒氣的濃度，mg/L
C標(biāo)準(zhǔn)——規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)濃度，mg/L
見(jiàn)表
從表1可以看出，這是對(duì)麥克林伯格方程的一個(gè)充分驗(yàn)證，在其它試驗(yàn)條件相同的情況下，苯濃度不同，防護(hù)時(shí)間絕對(duì)是有差異的，活性炭是一種表面能量分布不均勻的吸附劑，它對(duì)低濃度的蒸汽或分子有較強(qiáng)的吸附能力，所以苯蒸氣濃度低，防護(hù)時(shí)間就長(zhǎng)；苯蒸氣濃度高，防護(hù)時(shí)間就短；即濾毒盒的防護(hù)時(shí)間的長(zhǎng)短，與所處的工作環(huán)境有很大的關(guān)系，工作環(huán)境中污染物的濃度低，則防毒面可佩戴的時(shí)間就長(zhǎng)，否則可佩戴的時(shí)間就短。所以使用者在佩戴時(shí)，最好要明確所處的工作環(huán)境中毒氣濃度是多大；另外是否還有其它影響防護(hù)時(shí)間的組分，因活性炭能吸附各種不同大小的分子，吸附時(shí)無(wú)顯著的選擇性，也能估計(jì)所佩戴的濾毒盒可以佩戴的時(shí)間有多長(zhǎng)，才能保證防毒面具的有效防護(hù)。
3.2 空氣濕度的影響
將第二組3號(hào)濾毒盒去掉密封包裝，暴露在相對(duì)濕度為72％～80％的潮濕空氣中，在不同時(shí)間后，同試驗(yàn)一的試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)條件下測(cè)試防護(hù)時(shí)間，結(jié)果見(jiàn)表2
見(jiàn)表
從表2可以看出，樣品在潮濕的空氣中暴露的時(shí)間越長(zhǎng)，防護(hù)時(shí)間就越短，而且從盒的增重也能看出，暴露的時(shí)間越長(zhǎng)，增重越大，防護(hù)時(shí)間的下降也更為明顯，此試驗(yàn)受條件限制，暴露的時(shí)間不夠長(zhǎng)，如能在潮濕的空氣中暴露的時(shí)間加長(zhǎng)，結(jié)果會(huì)更明顯。
曾經(jīng)有一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品原來(lái)質(zhì)量一直較好，可有一次樣品委托檢驗(yàn)后，標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)時(shí)間只有15min,而GB2890—1995中規(guī)定，3號(hào)濾毒盒的標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)時(shí)間須達(dá)到45min,才能合格，為了分析原因，我們將同一批濾毒盒中的活性炭取出，置于烘箱中烘干4h，取出并冷卻，然后重新裝入濾毒盒，烘干前后的重量分別為98克和84克（都包括盒體），差值達(dá)到14克，說(shuō)明活性炭已附了空氣中的潮氣和其它氣體，使吸附容量大大降低，導(dǎo)致防護(hù)時(shí)間大大縮短，但經(jīng)過(guò)烘干處理后的同一批濾毒盒的標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)時(shí)間又提高到了70min，由此可見(jiàn)濕度的影響程度很大。對(duì)此，提醒生產(chǎn)者對(duì)于活性炭產(chǎn)品一定注意要有密性包裝；而對(duì)使用者則應(yīng)注意使用活性炭產(chǎn)品時(shí)，只有包裝完好、且在有效期內(nèi)的產(chǎn)品，才能放心使用；否則寧可舍棄，也要保證個(gè)體防護(hù)的有效性。并且在夏季或潮濕的環(huán)境中使用該產(chǎn)品時(shí)，防護(hù)時(shí)間也會(huì)相應(yīng)減少。
需要說(shuō)明的是，這里討論的影響規(guī)律是指以活性炭的物理吸附為基礎(chǔ)得出的，它吸附的對(duì)象是低沸點(diǎn)、易揮發(fā)的有機(jī)氣體。而對(duì)于其它的吸附機(jī)理，可能有不同的規(guī)律，使用時(shí)要注意區(qū)別對(duì)待。
3.3 試驗(yàn)氣流量的影響
GB2890——1995《過(guò)濾式防毒面具通用技術(shù)條件》中規(guī)定的試驗(yàn)氣流量是（30±0.3）L/min，這是依據(jù)人的平均呼吸量而定的；而實(shí)際工作時(shí)，每人的呼吸量會(huì)因人的肺活量和工作強(qiáng)度不同而不同，可從20L/min（靜態(tài)）變化到150L/min(劇烈運(yùn)動(dòng)狀態(tài))，變化范圍不是較大；為了觀察呼吸量大小對(duì)防護(hù)時(shí)間的影響，對(duì)第三組3號(hào)濾毒盒做了如下試驗(yàn)，在溫度、空氣相對(duì)濕度、苯濃度等其它試驗(yàn)條件基本不變，試驗(yàn)過(guò)程同試驗(yàn)一的情況下，提高試驗(yàn)時(shí)氣體的流量，測(cè)試防護(hù)時(shí)間，得到如下結(jié)果（表3）。
見(jiàn)表
從上面的結(jié)果可看出，試驗(yàn)氣流量與防護(hù)時(shí)間是成反比的，即流量越大，防護(hù)時(shí)間越短；因?yàn)榛钚蕴康奈饺萘渴且欢ǖ?，也就是說(shuō)，佩戴了裝有活性炭的防護(hù)用品，其實(shí)際的防護(hù)時(shí)間會(huì)隨每個(gè)人的肺活量和勞動(dòng)強(qiáng)度不同而有很大差異；所以對(duì)同樣的防護(hù)用品，其實(shí)際的防護(hù)時(shí)間不僅要考慮環(huán)境的影響，還要考慮每個(gè)人身體狀況的差異和工種的不同。對(duì)肺活量大的人和從事勞動(dòng)強(qiáng)度大的工種的用戶，所佩戴的防護(hù)用品，其有效的防護(hù)時(shí)間比其他人肯定會(huì)少。
4 結(jié)束語(yǔ)
以上試驗(yàn)是依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)室條件下（如有限定的溫度、濕度、氣體流量等），而且是用單一有害氣體做代表物，得出的結(jié)論，那么面對(duì)實(shí)際的作業(yè)環(huán)境，情況比較復(fù)雜，首先是溫度、濕度不恒定，且每個(gè)人的呼吸量有差異，特別是環(huán)境中污染物組成不是單一的，加上過(guò)濾元件的制備和裝填過(guò)程能否保持一致，而且現(xiàn)在又沒(méi)有有效的指示防護(hù)失效的方法，給使用者帶來(lái)安全隱患。而從上述試驗(yàn)的結(jié)果分析，了解了濃度、空氣濕度和試驗(yàn)氣流量對(duì)活性炭防護(hù)時(shí)間的影響，這些因素對(duì)防毒面具能否起到有效的作用是非常關(guān)鍵的，綜合考慮以上因素，為了有效利用活性炭的特性，保證防毒面具的正確使用，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
4.1 對(duì)生產(chǎn)個(gè)體防護(hù)用品的企業(yè)，要嚴(yán)格控制活性炭的制備條件和裝填工序，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，對(duì)產(chǎn)品要有密封包裝，并注意標(biāo)明各種標(biāo)識(shí)（防護(hù)對(duì)象及標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)時(shí)間、生產(chǎn)日期、有效期限、使用說(shuō)明、注意事項(xiàng)等）保證用戶安全、正確的使用；
4.2 對(duì)使用個(gè)體防護(hù)用品的工業(yè)部門，首先是要保證提供合格的產(chǎn)品，有關(guān)部門對(duì)作業(yè)環(huán)境中污染物要進(jìn)行定性和定量的檢測(cè)，對(duì)使用者進(jìn)行必要的職業(yè)衛(wèi)生培訓(xùn)，并對(duì)每個(gè)人進(jìn)行肺活量制定，對(duì)勞動(dòng)強(qiáng)度不同的工種要區(qū)別對(duì)待，以便能用標(biāo)示的標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)時(shí)間和實(shí)際的濃度用公式（2）估算實(shí)際環(huán)境下的防護(hù)時(shí)間，可以讓使用者做到心中有數(shù)，這樣即能提高活性炭的利用率，又能保證安全防護(hù)；
4.3 對(duì)防護(hù)品需注意合適的貯存條件，對(duì)防毒面具注意經(jīng)常性維護(hù)、保養(yǎng)，對(duì)濾毒盒要定期檢查、更換或報(bào)廢，確保它們處于正常狀態(tài)，對(duì)含活性炭的產(chǎn)品，一定要密封保存好，保證活性炭的有效性，使作業(yè)者能夠佩戴合格的、并能正確使用的防毒面具，使個(gè)體防護(hù)用品在預(yù)防職業(yè)病中和保證安全生產(chǎn)中發(fā)揮更大的作用。
