集体防护滤毒技术研究进展

【摘 要】阐述了国内外集体防护滤毒技术的手段及研究现状，指出了新时期我军集体防护面临的严峻挑战，介绍了活性炭吸附技术、光催化技术、低温等离子体技术的原理、现状、特点及局限性，重点介绍了可再生滤毒技术，最后提供了集体防护滤毒技术的发展思路。

【关键词】集体防护；滤毒技术；可再生滤毒

中图分类号： TH772.2 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2017）32-0086-002

【Abstract】This paper expounds the means and research status of collective protection and filtration technology at home and abroad， and points out the severe challenges our collective defense faces in the new era. The principle， status quo and characteristics of activated carbon adsorption， photocatalysis and low temperature plasma are introduced And limitations， focusing on the introduction of renewable drug filtration technology， and finally provide a collective protective filter technology development ideas.

【Key words】Collective protection； Drug filtration technology； Renewable drug filtration

0 引言

集体防护是利用防护工程、战斗车辆、舰船等防护核生化武器杀伤作用的区别于个体防护的一种手段。早期有德国的DSK永久性防护系统及美国的CPS集体防护系统，上世纪80年代美国海军在舰艇上配置集体防护系统[1]。20世纪50年代，我国当时提出了指挥防护工程防化设施的战术技术要求，开始仿制各种制式集体防护装备。随后主战坦克和步兵战车陆续装备了滤毒通风装置。

1 集体防护面临的挑战

核生化过滤是集体防护的核心技术，战时利用其对放射性尘埃、生物气溶胶颗粒、毒剂气溶胶、有毒烟雾及可吸入颗粒物的过滤及吸附的能力，为舱室提供清洁空气，保证人员的生命安全。“化武公约”签订后，集体防护的防护目标由原来的5类11种毒剂，扩展到覆盖军用毒剂、工业有毒材料、工业有毒化合物等范围[2]。对于集体滤毒技术而言，提升防护种类、提高防护性能、减负后勤保障，是各国集防发展的目标，新时期滤毒技术面临巨大挑战。

2 滤毒技术的研究

2.1 活性炭吸附技术

利用活性炭或者在活性炭上浸渍催化剂的炭吸附材料制成过滤器。其滤毒性能较好，在规定时间内能有效滤毒。

美国的CPS核生化过滤系统设有粗滤器、高效滤器以及活性炭滤器三级滤器。法国的SPD公司生产的滤毒通风装置广泛应用于英、法等主要欧洲国家，其某型军贸舰配备1500m3/h和300m3/h风量的两套滤毒通风装置，主要滤材为活性炭[3]。

2.2 光催化技术

将催化剂暴露在一定波长光下照射后可与毒剂发生光催化降解反应[4]。特别是TiO2光催化剂，被应用于洗消降解多类包含化学毒剂在内的有机污染物。

Hirakawa等采用红外光谱法，研究了TiO2对GB （沙林）的光催化降解反应，GB分解迅速，最终产物为磷酸、水和二氧化碳[5]。沈忠等制备了一系列浓度的锆掺杂纳米TiO2，发现掺杂后催化剂对DMMP（VX模拟剂）和2-CEES（芥子气模拟剂）的降解速率加快，且催化反应过程中未产生有毒中间产物[6]。

2.3 低温等离子体技术

低温等离子体由大量电子、离子、光子、自由基、中性原子、激发态原子等组成，主要依靠高能电子与活性粒子对污染物降解。可与放射性物质、毒剂及细菌迅速发生作用，洗消低浓度有毒害化合物。

赵红杰等采用反应气耦合等离子体对DFP（沙林模拟剂）进行降解研究，发现对高浓度DFP（>80mg/m3），等离子体单独作用最高降解率为89%，在添加臭氧耦合后降解率在95%以上，降解更彻底[7]。

2.4 小结

活性炭吸附技术近几十年的研究重点是提升氯化氰的防護性能。分别研制了提升其防护性能的浸渍炭；用以改善浸渍炭陈化性能的TEDA炭及无铬炭等。传统的活性炭吸附技术，吸附一段时间后吸附量会达到饱和，需再次更换，因此防护时间有限；光催化技术主要将TiO2光催化剂负载在活性炭等材料上以提高催化剂的稳定性及活性，对不同毒剂负载催化剂及反应条件亦不同，难以做到广谱防护；低温等离子体技术总体上还处于探索性研究阶段，对放电电源要求很高，对于适应复杂多变的战场还需进一步探索。

3 可再生滤毒技术

目前具有很好发展前景的滤毒技术是变温、变压吸附。变温吸附是利用吸附剂平衡吸附量随温度升高而降低的特性，采用常温吸附、升温脱附的方法。变压吸附是通过改变吸附塔压力，采用加压吸附，减压（抽真空）脱附的方法。其采用了纯物理吸脱附的原理，具有防护目标广、滤材可再生的特点，被欧美等国家认为是最具有希望的新一代集体防护滤毒技术。

该技术一般情况采用双塔用以实现吸附、脱附同时进行。低温高压吸附塔，使滤材具有更好的吸附性，高效吸附毒气，直至接近吸附塔出口。高温低压脱附塔，使滤材快速脱除之前吸附的毒气，待脱附完成后降温升压，用于下阶段吸附，如此循环。

英美国家采用一对过滤器轮流对有毒气体过滤，当一个滤器过滤时，另一个采用变温变压脱附沾染物。这种变温变压轮换系统被称为REGEN （可再生过滤）。Battelle Memorial Institute等机构对REGEN系统进行了实毒评价，毒剂模拟剂包括全氟异丁烯、CK（氯化氰）、DMMP等，REGEN系统已广泛配置于海军军舰 [8]。

英国ACT和PALL公司联合研制了基于变压吸附与空气循环温度控制的过滤技术。过滤单元采用填充吸附材料的两个滤垫，一个在冷却高压下吸附，另一个在加热解压下脱附，循环再生[9]。

我国赵秀国等人基于变压吸附技术设计研究了可再生滤毒通风装置[10]，示意图见图1。系统设置两条相同分路分别进行吸脱附，六个单向阀控制气流流向。空气压缩机将一定压力的空气通入粗滤器，气流经单向阀到达过滤吸收器1后分两路，一路送至清洁空气出口，另一路经中间管路后反吹过滤吸收器2中的毒剂，经尾气出口排除。

4 展望

对于集体防护滤毒技术，未来的主要发展方向：一是继续沿着活性炭吸附技术方向深入研究，改进浸渍活性炭或者增加新滤毒层来满足防护要求；二是开发新滤毒技术，包括光催化、等离子体等技术。其中可再生滤毒技术具有广谱防护、吸附性能好、脱附效率高、可再生循环吸脱附的特点，具有广阔的发展前景。

【参考文献】

[1]刘秀峰，喻俊峰，张益诚，等.集体防护区超压建立过程分析[J].船海工程，2017，46（03）：147-149.

[2]夏金富，王丽，韩素玲，等.从吸附中的质热传递探讨广谱滤毒技术[C].中国化学会，2013，8：272-279.

[3]朱鸿.浅析某型军贸舰船NBC滤毒通风装置[J].船舶，2013，24（03）：58-63.

[4]沈忠，钟近艺，郑禾.光催化技术在化学毒剂洗消领域的研究进展[J].环境科学与技术，2015（11）：14-20.

[5]Sato K，Hirakawa T，Komano A，et al.Titanium dioxide photocatalysis to decompose isopropyl methylphosphonofluoridate （GB） in gas phase[J].Applied Catalysis B Environmental，2011， 106（3-4）：316-322.

[6]沈忠，钟近艺，王泠沄，等.锆掺杂TiO2光催化降解2-CEES和DMMP的原位红外与固体核磁研究[J].分子催化， 2016，30（3）：260-268.

[7]趙红杰，胡真，李战国.反应气耦合等离子体降解沙林模拟剂[J].环境工程学报，2014，8（8）：3537-3540.

[8]周平，张忠良，康健，等.海军舰艇核生化集体防护发展概况[J].舰船科学技术，2016，38（13）：1-5.

[9]杜红霞，王俊新.基于可再生吸附的核生化过滤技术[J].船海工程，2016，45（02）：4-7.

[10]赵秀国，徐新喜，张文昌，等.可再生滤毒通风装置研究与设计[J].军事医学，2013，37（8）：571-573.