专利名称：活性氧化蒸气处理系统和方法
技术领域：
本发明涉及利用高活性氧化剂蒸气对物体进行处理的技术。本发明尤其可与对诸如糜烂性毒气(例如，芥子气)、乙酰胆碱酯酶抑制剂(例如，神经毒气)、和生物毒素(例如，肉毒杆菌毒素)的生化战争用试剂进行失活处理结合使用，本文将具体参考其进行描述。然而，应该知道，本发明也可与对其他物质的氧化结合使用。
背景技术：
目前已经开发出能使生物战争用试剂失活的液体氧化剂。例如，参见，授予Wagner等人的美国专利第6，245，957号。在Wagner的专利中，强氧化剂溶液以液体或泡沫形式被喷洒到位于可能或已经被生化战争用试剂所污染的战场中的装置上。经过处理之后，用水将溶液从装置上冲洗下来，由于该溶液是没有毒性的，因而可允许其在地面上流动。虽然Wagner溶液比较有效，但它具有以下缺点。第一，液体难以渗入缝隙、细微裂纹、导管、以及部分受保护或搭接的部件。第二，在封闭空间中，例如，飞机和建筑物的内部，对液体溶液的清除和处理可能成为问题。第三，液体可能损坏某些装置，例如电子或电气装置。
本申请将气相强氧化剂输送到待去污的表面上，以促进渗透和清除。
发明内容
根据本发明的一个方面，通过气相氧化剂的氧化使生化战争用试剂残留物失活。
根据本发明的另一方面，提供了一种利用氧化剂蒸气来氧化生化战争用试剂的装置。
本发明的一个优点在于其促进了渗透。
本发明的另一优点在于其易于清除。
另一优点在于与电气装置相容。
通过阅读和理解以下对优选实施例的详细描述，本发明的进一步的优点将对本领域技术人员变得显而易见。
本发明可采取不同的部件和部件排列方式，以及不同的步骤和步骤排列方式。附图的目的仅为解释优选实施例，不应被认为对本发明进行限定。
图1为根据本发明的气相强氧化剂处理系统的示意图；图2为氧化剂蒸气处理系统的可替换具体实施例；图3为氧化剂蒸气处理系统的另一具体实施例；以及图4为氧化剂蒸气处理系统的又一具体实施例。
具体实施例方式
参照图1，处理箱10装有，或其自身就是可能被诸如生物或化学战争用试剂的生物活性物质所污染的结构的一部分，以利用气体氧化剂化合物对其进行处理。典型的生物活性物质包括病原体、生物毒素、朊病毒、诸如神经毒气或糜烂性毒气这样的化学试剂，等等。在一个实施例中，该处理箱(enclosure)是用于接收将要进行处理并将其密封的物体的容器。在另一实施例中，该处理箱包括仓库、房间、航空器或其他交通工具、帐篷、或类似空间的内部结构，该内部结构或其表面或处理箱中包含的物体将要进行处理。
战争用试剂氧化装置A包括泵12，其将处理箱中的环境气体(通常为空气)通过用来阻止容器内的污染物脱逸的可选生化危害物过滤器14或其他装置，并通过干燥器16抽出。在过氧化氢优选实施例中，干燥器还包括催化剂，该催化剂将过氧化氢蒸气分解被干燥器所去除的水。鼓风机将经过过滤和干燥的空气吹入蒸发器18中，该蒸发器使来自于液体氧化剂供应源20的液体氧化剂化合物气化。将气化得到的蒸气通过用来阻止处理箱中的污染物脱逸的另一可选生物污染物过滤器22或其他装置吹入到室10中。可选地，使蒸发器的输出分流，或将其输出输送到支管中，该支管从多个位置将氧化剂蒸气输送到处理箱中。可选地，附加的风扇或鼓风机24安放在处理箱中，以使蒸气循环，并提高蒸气浓度和分布的均匀性。优选的氧化剂液体包括诸如过氧化氢和过乙酸的过氧化合物。其他的诸如次氯酸盐、臭氧溶液、或类似试剂的其他氧化剂的使用也可以考虑。可选地，氧化剂化合物与酒精相混合，以生成用作助溶剂的酒精蒸气。如果被污染结构的材料允许，优选将该结构的温度升至70℃，这使得试剂能从材料上提取出来，并促进其与氧化剂蒸气的反应。而且，较高的温度使得氧化剂蒸气具有较高的浓度，而不会产生冷凝问题。当然，当涉及塑料或对温度敏感的电子装置时，温度优选为45℃-60℃。
在图1所示的实施例中，化学输送装置系统B将气态、薄雾状、或灰雾状的其他化学物质直接输送到处理箱10中。该输送装置B包括其他化学物质蒸气、薄雾、或灰雾的物质源42。在一个实施例中，其他化学物质输送系统包括过滤器、鼓风机、和蒸发器，这些与对氧化剂蒸气的描述相类似。在另一实施例中，使用喷雾嘴或喷雾器将液体化学物质直接喷入处理箱中。在又一实施例中，提供了其他气态化学物质的贮藏器或气缸。
在一个实施例中，其他化学物质被选择以用来(1)将氧化剂蒸气活化至较高的氧化势；(2)增加反应物种的数目和多样性；(3)对目标物质进行预处理，使其易于受氧化剂蒸气的攻击；或者(4)与氧化剂蒸气发生发应，以形成对所有的或某些目标物质进行攻击的中间化合物。在一个优选实施例中，氧化剂蒸气为浓度为25-75％的过氧化氢，优选为50％左右。在一个实施例中，其他化学物质包括短链烯烃和水蒸气，其与过氧化氢发生反应，以形成多个基团种类，例如单态配对氧(单态氧)、甲基(CH3-)、羟基(OH-)、过氧羟基(OOH-)、以及其他基团。或者，其他输送系统可将臭氧、醛、过氧羧酸、或类似物质以气态、薄雾、或灰雾形式输送到室中。可选地，除化学输送系统之外，可使用UV光源，或用UV光源代替该化学输送系统，以增加反应物种。
在另一实施例中，其他化学物质包括可压缩的溶剂蒸气、薄雾、或灰雾，其可与水相混合，并产生极性降低的溶液，该溶液在目标物质上冷凝。合适的溶剂包括叔丁醇(tBuOH)、甲酸、过乙酸、其他的醇、丙酮、或亚硝酸乙酰酯。
在另一实施例中，其他化学物质对pH进行调节。为了降低pH，优选为乙酸或甲酸。升高pH优选使用氨。通常，强氧化剂具有较低的pH，最好将其升至接近中性。
虽然图1中仅示出了一种单个的其他化学物质输送系统，但应该理解，可提供各自的输送系统以用于各种上述其他化学物质。
控制器34对其他化学物质输送系统或装置B和过氧蒸气输送系统或装置A进行控制。在一个实施例中，过氧蒸气和其他化学物质被同时输送到处理箱中。在另一实施例中，将其他化学物质首先加入到处理箱中，以对生物活性物质进行预处理。举例来说，注入助溶剂蒸气，使其在过氧化氢之前冷凝，以部分地溶解或相反处理生物活性物质，这些活性物质不溶于氧化剂蒸气中，更易于被所考虑的氧化剂蒸气所渗透。在另一实施例中，首先将氧化剂蒸气加入到处理箱中，以建立平衡，然后开始使更易于氧化的生物活性物质失活。然后，加入其他化学物质，以促进氧化剂蒸气的反应性，或产生中间蒸气化合物以攻击剩余的生物活性物质。
参照图2，鼓风机12a通过诸如过滤器或阀门的生物活性物质释放抑制装置14a，和干燥器16a，将大气从处理箱10a中抽出。该鼓风机吹动大气穿过蒸发器18a，该蒸发器使来自物质源20a的过氧液、优选是过氧化氢气化。将过氧蒸气传送到混合室40a，在该混合室中，其他化学物质输送装置B将过氧蒸气与来自物质源42的其他化学物质相混合。在一个实施例中，该混合室将水蒸气和短链烯烃蒸气、醛蒸气、过氧羧酸蒸气、或类似物质与过氧蒸气加合，以形成单态氧、过氧化氢、和其他的反应基团。在其他实施例中，溶剂或pH调节化合物与氧化剂蒸气在混合室40a中混合。或者，其他化学物质与过氧蒸气发生发应，以形成如上所述的中间化合物。将经过改性的蒸气通过诸如过滤器或止回阀的生物活性物质脱逸抑制装置22a进入到处理箱10a中。装置14a和22a阻止处理箱中的污染物迁徙到蒸气输送系统的管道中。可选地，另一化学物质输送系统B′将如上所述的预处理蒸气、薄雾、灰雾、氨气、或溶剂蒸气直接输送到处理器或混合室40a中。
参照图3的实施例，鼓风机12b将大气从处理箱10b吹过氧化剂蒸气装置A的蒸发器18b。蒸发器的输出在第一通道50和第二通道52之间分离，其中，第一通道将蒸气直接输送到处理箱10b中，第二通道将蒸气通过其他化学物质输送装置B的混合室40b输送到处理箱10b中。管道50和52中的阀门56、54由控制系统34b进行控制，该控制系统用于动态地调节通过混合室的氧化剂蒸气的比例，来控制引入到该室中的气态其他化学物质的量。
参照图4，鼓风机12c通过过滤器14c鼓入大气，并将其吹入蒸发器18c中。蒸发器18c与氧化剂液体物质源20c和至少一个附加的其他化学物质源42c相连。氧化剂液体和其他化学物质在蒸发器中同时或先后被气化并输送到处理箱10c中。或者，一种或多种其他化学物质以气体形式输送到蒸发器中，并与氧化剂和其他化学蒸气相混合。来自于处理箱的空气可以开始的三个实施例中所描述的那样进行再循环。然而，在所示的实施例中，空气和蒸气通过该室进入到氧化剂和诸如催化剂这样的其他化学物质去活化剂16c，然后通过生物过滤器22c吹入到大气中。可选地，图1、图2、和图3的实施例也可以这种流通结构进行配置。
对多种用于将氧化剂蒸气活化至高氧化态的化学反应进行了考虑。举例来说，注意过氧化氢，过氧化氢离子HOO-和单态氧1O2都是有效的氧化剂。可利用气相输送来输送类似的物种和其他有效的氧化剂。简而言之，当过氧化氢与表面接触时，其将足够的能量传送到过氧化氢分子，用于将过氧化氢分子分解为羟基(氢氧根)。例如，，
其中M表示与生物活性物质、壁、其他物体、其他分子等等的碰撞。氢氧根(羟基)可通过与过氧化氢和水蒸气的相互作用，继续形成其他更多的反应基团。
羟基HO-、过氧羟基HOO-、和单态氧1O2都是有效的氧化剂，都以一定程度存在于过氧化氢蒸气中。所有的这些基团都用来使包括乙酰胆碱酯酶抑制剂(VX，沙林等)、糜烂性毒气(芥子气等)、和生物毒素(肉毒杆菌毒素等)、生物分子、病原体、朊病毒、和其他类似的生物活性分子失活。
除了基团生成步骤之外，过氧化氢可溶解于或吸附于生物活性物质之上/之中(即，溶解于液滴之中，或者吸附到固体颗粒之上)。为了加强溶解/吸附，将助溶剂加入到蒸气中，并使其在将要进行去污处理的装置的表面上冷凝。该溶剂被选定为生物活性物质的有效溶剂。通过选择一种或多种与水(和其他类似过氧化氢的极性溶液)互溶但具有较低极性的溶剂，助溶剂层可提高过氧化氢的溶解性，并增加生物活性物质中的与过氧化氢相关的基团分解产物，从而提高生物活性物质的消除速度。这种助溶剂混合物的例子包括水和叔丁醇；水和乙腈；水、乙腈和异丙醇。通过对溶剂蒸气和加入到处理箱中的过氧化氢的混合进行控制，可对冷凝的组合物进行控制，以在将要进行去污处理的表面上产生液体膜。通过加入可在溶剂混合物溶解的碱性气体(例如，氨气)，同样可对冷凝的助溶剂层的pH进行控制。冷凝物中存在的过氧化氢用来降低pH(35％含水H2O2溶液的pH约为3-4)，可加入氨气使pH增加到最佳值，约为8-9。其他合适的溶剂包括四氢呋喃、二甲亚砜、丙酮、乙醛、环氧丙烷、乙酰胺、二乙胺、和二甲氧基乙烷。
一种用于促进反应基团的生成的方法为，通过用一定波长的紫外光照射处理箱，从而引起过氧化氢的降解。降解的增加提高了基团中间产物的浓度，并增强了去污效果。
将其他物种加入到过氧化氢蒸气中，通过增加存在的反应物种的数目，同样能增强去污效率。增强剂包括臭氧(O3)、烯烃(CH3CH＝CHCH3或更通用的RCH＝CHR)、醛(RCHO)、和卤素(Cl2、Br2)。例如，加入臭氧可增加基团和蒸气流的收率。
其中原子氧O*不是原子团(其所有的电子都具有配对自旋)，但具有高活性。
再举一例，短链烯烃同样有效
这将由臭氧以较高的收率产生基团。
其他诸如醛这样的分子产生烷基过氧自由基这里的产物为烷基过氧自由基，它是一种过氧羧基，即，如果R为CH3，则该基团由另一种强氧化剂过乙酸形成。
另举一例，将过氧羧酸(RC(O)OOH)加入到反应中可提高烷基过氧自由基的浓度。
通过控制诸如烯烃、烷烃、醛、羧酸及过氧羧酸、水蒸气、过氧化氢、和臭氧这样的小的有机分子的浓度，可保持反应基团的稳态浓度。
卤素同样是合适的强氧化剂。其中，X为任意卤素
其中，加入tBuOH-叔丁醇作为助溶剂系统的一部分。
可以看出，将合适的物种加入到蒸气混合物中，可产生较多种类的自由基物种。
强氧化剂对于攻击包括蛋白质的生物分子具有效果，例如炭疽毒素、肉毒杆菌毒素、和鼠疫毒素。它将这种毒素分解成较小的蛋白质链片段，而使毒素变得无害。同样地，发生氧化自由基断键并取代磷原子周围的化学基团的反应，例如乙酰胆碱酯酶抑制剂中的取代反应，可使这些分子失去毒性或具有较小的毒性。同样地，亚砜的氧化或硫化物-烷基键的裂解，可使糜烂性毒气分子失去毒性或毒性减小。
权利要求
1.一种使生物或化学战争用试剂残留物失活的方法，包括利用气相强氧化剂对所述战争用试剂进行氧化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述战争用试剂包括一种或多种化学试剂、病原体、朊病毒、和生物毒素。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述化学试剂包括一种或多种神经毒气和糜烂性毒气。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其中所述氧化剂包括过氧化合物、次氯酸盐、卤素氧化物、和臭氧中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述过氧化合物包括过氧化氢。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的方法，还包括提高所述氧化剂蒸气的氧化势，使所述蒸气更易与所述战争用试剂反应。
7.根据权利要求6所述的方法，其中提高所述氧化势包括以下至少一种利用紫外光使所述氧化剂蒸气降解；以及加入增强剂。
8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的方法，还包括将以下至少一种加入到所述氧化剂蒸气中臭氧；烯烃；醛；卤素；过氧羧酸；烷烃；以及羧酸。
9.根据权利要求1至8中任一所述权利要求的方法，还包括使溶剂蒸气、薄雾、或灰雾在所述战争用试剂上冷凝。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述溶剂包括以下至少一种叔丁醇；乙腈；异丙醇；四氢呋喃；二甲亚砜；丙酮；乙醛；环氧丙烷；乙酰胺；二乙胺；以及二甲氧基乙烷。
11.根据权利要求1至10中任一权利要求所述的方法，还包括使所述战争用试剂通过碱性气体。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述碱性气体包括氨。
13.根据权利要求1至12中任一权利要求所述的方法，还包括加入气体以调节所述气相氧化剂的pH。
14.根据权利要求1至13中任一权利要求所述的方法，还包括将所述战争用试剂与所述气相氧化剂一起投入到气相氨中。
15.根据权利要求1至14中任一权利要求所述的方法，还包括将所述战争用试剂投入到化学物质中包括以下至少一种提高所述氧化剂蒸气的氧化势，使所述氧化剂蒸气更易与所述生物活性物质反应；对所述生物活性物质进行预处理；与所述氧化剂蒸气发生发应，以产生中间化合物，所述中间化合物使至少一些所述生物活性物质失活；增加所述氧化剂蒸气中的自由基物种的数目和种类；以及调节pH。
16.根据权利要求1至15中任一权利要求所述的方法，还包括用所述战争用试剂将被污染的物体加热至约70℃。
17.一种用于使生物活性物质失活的装置，包括装置(A)，用于将处理箱(10，10a，10b，10c)中的所述战争用试剂投入到气相强氧化剂中。
18.根据权利要求17所述的装置，其中所述战争用试剂包括一种或多种化学试剂、病原体、朊病毒、和生物毒素。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述化学试剂包括神经毒气和糜烂性毒气中的至少一种。
20.根据权利要求17至19中任一所述的装置，其中所述氧化剂包括过氧化合物、次氯酸盐、和臭氧中的至少一种。
21.根据权利要求20所述的装置，其中所述过氧化合物包括过氧化氢。
22.根据权利要求17至21中任一权利要求所述的装置，还包括装置(B)，用于将气态、薄雾、或灰雾形式的第二化学物质加入到所述处理箱中。
23.根据权利要求22所述的装置，其中所述第二化学物质进行以下步骤中的至少一个提高所述氧化剂蒸气的氧化势，使所述氧化剂蒸气更易与所述生物活性物质反应；对所述生物活性物质进行预处理；与所述氧化剂蒸气发生发应，以产生中间化合物，所述中间化合物使至少一些所述生物活性物质失活；增加所述氧化剂蒸气中的自由基物种的数目和种类；以及调节pH。
24.根据权利要求22所述的装置，其中所述投入装置(A)包括液态氧化剂源(20，20a，20b，20c)，以及蒸发装置(18，18a，18b，18c)，用于使所述液态氧化剂气化，并将所述氧化剂蒸气输送到所述处理箱(10，10a，10b，10c)中。
25.根据权利要求24所述的装置，其中所述第二化学物质添加装置(B)包括气态第二化学物质贮藏器(42a，42b)；装置(40a，40b)，用于将所述第二化学气体与所述氧化剂蒸气混合。
26.根据权利要求25所述的装置，其中所述第二化学气体为氨。
27.根据权利要求24所述的装置，其中所述第二化学物质添加装置(B)包括液态第二化学物质源(42c)；蒸发装置(48c)，用于使所述第二化学液体气化。
全文摘要
使诸如过氧化氢这样的氧化液体(20)蒸发(18)，并将该蒸气用于使神经毒气、糜烂性毒气、或诸如病原体、生物毒素、和朊病毒这样的其他生物活性物质失活。将气态、薄雾、或灰雾形式的第二化学物质(42)用来与氧化蒸气相结合。在一个实施例中，该第二化学物质通过氧化蒸气，更加有效地对将要进行失活处理的生物活性物质进行预处理。在另一实施例中，该第二化学物质提高氧化蒸气的反应性。在另一实施例中，其他化学物质与氧化蒸气反应，以形成中间化合物，该中间化合物使至少一些生物活性物质失活。
文档编号A62D3/38GK1649647SQ03809302
公开日2005年8月3日 申请日期2003年4月24日 优先权日2002年4月24日
发明者伊恩·F·麦克维尹, 刘易斯·I·施瓦茨, 迈克尔·A·琴坦尼, 杰拉尔德·E·麦克唐奈 申请人:斯特里斯公司