专利名称：用于从气体混合物中消耗酸性气体的设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于利用氢氧化物化合物和吸湿物质从尤其为呼吸气体的气体混合物中消耗尤其为CO2的酸性气体的设备和方法。
背景技术：
封闭的和半封闭的呼吸循环用于实现使用户完全地或部分地与环境空气无关地进行呼吸。这例如在消防队员的循环呼吸机、矿井、同样还有逃生设备、潜水设备或潜水艇中是这种情况。通过循环呼吸空气能够节约呼吸气体。这对于在麻醉中的应用而言是尤其重要的。当然需要消耗由用户所产生的和呼出的二氧化碳。通常通过具有不同的掺杂物的碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物来消耗二氧化碳。例如根据下面的反应流程:co2+h2o->h2co3H2C03+2Na0H->Na2C03+2H20Na2C03+Ca (OH) 2_>CaC03+2Na0HCa (OH) 2+C02_>CaC03+H20+ 热量 Λ HR=-113kJ/mol如此使用的碱土金属氢氧化物通常称作碱石灰。除碱土金属氢氧化物之外，水是反应物，水对于CO2吸收剂的最佳反应能力而言是必需的。对于麻醉中的应用已经提出不同的吸收材料。已知的吸收材料通常为碱土金属氯化物(EP0939671BUW098/23370)，简单的硅酸盐或碱土金属硫酸盐(EP0939671B1)。但是，对于本发明的目的而言需要尤其在应用潮湿气体时实现二氧化碳的更高的吸纳能力。在此已发现，添加传统的保湿剂能够导致用于酸性气体的吸收剂的吸纳性能的损失并且导致抗磨蚀能力的降低。在储存碱石灰时，水能够穿过包装而丧失。由此CO2吸纳性能能够降低，因为不再提供足量的水作为反应物(参看上面的反应流程)。当以相应的包装运输时，能够附加地出现碱石灰的磨蚀(粉尘)。所述磨蚀是不期望的，因为所述磨蚀在没有适当对策的情况下存在于呼吸循环中并且能被吸收。
发明内容
本发明基于以下目的，提供用于酸性气体的吸收材料，所述吸收材料不具有现有技术的缺点，并且尤其一方面提供水并且另一方面结合水并且是储存稳定的，也就是说，在储存期间保持吸收剂的吸收能力，而没有导致损失CO2吸纳性能。此外，同时提高抗磨蚀能力也是期望的。通过独立权利要求的主题来实现所述目的。优选的实施形式是从属权利要求的主题或在下文中描述。本发明的主题是同时应用作为用于气体混合物的酸性气体的吸收剂的至少一种氢氧化物化合物和具有/为超吸收聚合物(SAP)和/或蛭石的形式的至少一种吸水物质，其中氢氧化物化合物和具有超吸收聚合物和/或蛭石形式的吸水物质彼此直接在空间上接触。酸性气体尤其为二氧化碳(co2)。气体混合物尤其为环境空气，优选为呼吸气体，例如通过呼气过程所提供的呼吸气体。这种呼出的呼吸气体具有残留水分并且是加热的。而且，气体混合物也能够是潜水用气，例如包括由下列组成的混合物:a)体积比〈79%的体积百分比的氮气和体积比>21%的体积百分比的氧气。b )氧气、氮气和氦气,例如20%至40%体积百分比的氧气,20%至40%体积百分比的氦气和30%至50%体积百分比的氮气。合适的氢氧化物化合物是碱土金属氢氧化物，尤其为氢氧化钙，或者是碱土金属氢氧化物连同碱金属氢氧化物，例如氢氧化钙连同氢氧化钠和/或氢氧化锂。碱金属氢氧化物与碱土金属氢氧化物相比优选地以较小的比例(质量比)使用。目前也称作保水剂的吸水物质是超吸收聚合物(SAP)或蛭石(层状硅酸盐)。这一方面用作保湿剂并且另一方面具有高的保水能力。超吸收聚合物在本发明的范围中是能够吸收其自重的多倍的水的聚合物。合适的超吸收聚合物例如为利用交联剂(例如，核交联剂)制造的由丙烯酸和丙烯酸盐(例如，丙烯酸钠)制成的共聚物。不同的交联剂能够用于交联的聚丙烯酸(crosslinked交联的)。聚合物通过聚合物链的交联而是不溶于水的。水渗透到聚合物颗粒中，使得所述聚合物颗粒膨胀并且结合水。其他的超吸收聚合物是交联的聚糖衍生物。在本发明的范围中，超吸收聚合物理解成有机聚合物，所述有机聚合物虽然能够在水中膨胀，但是是不可溶解的。有机聚合物借助于水膨胀到其自重的几倍。合适的超吸收聚合物包括从化学方面来看部分中和的以及交联的聚丙烯酸、淀粉-丙烯晴接枝共聚物的(部分)水解产物、(部分)中和的淀粉-丙烯酸接枝共聚物、(部分)皂化的醋酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物、(部分)水解的丙烯晴或丙烯酰胺共聚物、所述水解产物的交联产物和由交联的阳离子单体组成的聚合物。具体地，下述单体能够单独地或以组合形式包含在交联的超吸收聚合物中:丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基磺酸、苯乙烯磺酸、2-(甲基)丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸、2-(甲基)丙烯酰乙烷磺酸、2-(甲基)丙烯酰丙烷磺酸以及上述酸的盐。此外还有(甲基)丙烯酰胺、N-乙基(甲基)丙烯酸盐、N，N- 二甲基氨丙基-(甲基)丙烯酸盐、N，N-二甲基氨丙基(甲基)丙烯酰胺以及上述物质的季盐和乙烯吡咯烷酮。作为交联剂合适的例如为烯丙基甲基丙烯酸盐、二甘醇二丙烯酸盐、乙氧基三羟甲基丙烷三丙烯酸盐、乙二醇二缩水甘油醚、亚甲基双丙烯酰胺、四烯丙氧基甲烷、三烯丙基胺和三羟甲基丙烷三丙烯酸盐。更多的关于超吸收剂的说明从Fredric L.Buchholz和Andrew Τ.Graham的、由Verlag Wiley-VCH (I"8 年)出版的书 “Modern Superabsorbent Polymer Technology”中得出。优选的是基于聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸盐以及相应的共聚物的超吸收聚合物。蛭石是层状硅酸盐并且能够通过以下通用成分来描述:(Mg0.5，Ca0.5，Na, K) 0.7 (Mg, Fe, Al) 3 [ (OH) 21 (Al, Si) 2Si2010].4H20。超吸收剂能够根据配方吸纳直至其自重的1000倍的水。例如为氯化钙的常规的保湿剂能够仅吸纳大约为其自重的二倍的湿气，然而蛭石至少还能够吸收直至其自重20倍的湿气。具有吸收剂料的吸收剂包含以吸收剂计优选地大于10%重量百分比的、尤其优选大于15%重量百分比的并且可能也大于20%重量百分比的水。以重量百分比表示的水的负荷度例如能够借助于通过在提高的温度下进行干燥而得到的差值来确定。总之，在本发明的范围中，将氢氧化物化合物、超吸收聚合物和蛭石的总和理解成吸收剂料。不同地，除吸收剂料之外，吸收剂能够包含其他的组成部分。根据一个设计方案，上述吸水物质(超吸收聚合物和/或蛭石，但是没有水)总计占吸收剂料(100%的重量百分比)的0.5%至15%的重量百分比、尤其为0.5%至5%的重量百分比。氢氧化物化合物形成剩余物以达到100%的重量百分比。此外，本发明的特征在于吸收剂的结构。在例如吸收床的形式的吸收剂中，保湿剂与氢氧化物化合物接触，优选地全面地接触:.全部的组成部分能够共同地以粉末或颗粒的形式存在(填料)。.保湿剂和氢氧化物化合物分别以粉末或颗粒形式并排/重叠地设置在层中，所述层例如通过如无纺布(Vlies)的网格结构而相互分隔。.氢氧化物化合物和/或吸水物质必要时也共同地施加(承载)在层中、施加在例如为无纺布的承载材料上。.例如通过氢氧化物化合物作为颗粒存在并且将尤其为聚合物超吸收剂的吸水物质施加到颗粒上，将保湿剂在吸收床中围绕氢氧化物设置，或者反之亦然。氢氧化物化合物必要时能够连同其他物质一起作为颗粒存在，典型地，粒度范围在Imm至5mm之间。粒度分析的原理能够例如为根据美国药典27版-国家处方集22版所述的方法。颗粒形状在此能够是不规则的，但是也能够是半球形的或球形的或作为小卷或片剂。保湿剂也能够作为颗粒围绕CO2吸收剂设置或设置在承载体上，其中保湿剂对于氢氧化物化合物而言是承载体，或者反之亦然。也可能的是，将氢氧化物化合物和保湿剂共同地加工成粒料，以便借助于所述粒料来制造填料，或者将二者施加到固体的承载体上。所述承载体能够具有网格结构、蜂窝结构或网状结构。本发明主要应用在呼吸循环机和麻醉中，但是也能够应用在将基于氢氧化物的现今的吸收材料用于例如为二氧化碳的酸性气体的任何其他的用途中。在此，通常使用下述呼吸系统:在所述呼吸系统中，将呼吸气体循环并且在移除/消耗呼出的二氧化碳之后重新输送给用户。呼吸循环机的实例是也称作“水下呼吸器”的循环潜水设备。消耗的呼吸气体被置换，其中在麻醉系统中添加挥发性的麻醉剂。呼吸循环机能够构成为是封闭的或半封闭的。半封闭的呼吸循环机是借助于(混合)气体源替换消耗的氧气的呼吸循环机。通过持续地或消耗相关地将呼吸气体添加到循环中而出现下述必要性，将过量的呼吸气体通过合适的阀或通过经由面罩进行的呼出而输出。无源半封闭呼吸循环机是借助于(混合)气体源替换消耗的氧气的半封闭呼吸循环机。在此，在每次呼吸中将恒定比例(例如，1:5至1:20)的循环容积的从仪器中取出并且向外输出。那么，减少的容积将重新(经由阀)自动地用混合气体来填充。本发明的优点基于，能够通过保水剂将大量的水结合在吸收材料自身中，从而能够提供用于与酸性气体进行反应的媒介，进而延长储存时间。
在麻醉用途的情况下期望的是，也没有出现或减少麻醉剂分解，因为麻醉剂分解由于干燥而受益并且这通过添加保水剂而被抑制。此外，少量的反应水从吸收床排放到呼吸循环中，使得设备运行受到更少影响并且能够调整生理学上舒适的呼入湿度。作为正面的副作用附加地出现:在每次使用之后无论如何都消耗吸收剂料并且必须更换，进而不需要通过倒空冷凝槽等引起的用户的附加的耗费。通过超吸收剂的形成随后保持水的氢键的特性，也提高机械稳定性，因为刚好结合水而提高吸收剂之内的交联。
通过附图详细地阐明本发明或其特性。示出:图1示出不同的碱石灰的消耗倾向，图2示出不同的碱石灰的CO2吸收能力，图3示出滤筒中的一种可能设置以及图4示出滤筒中的另一种可能设置。
具体实施例方式并不是每种锁水剂都显示出上述优点，如以下的实验实例示出:配方示例1:将氢氧化钙与重量百分比是3%的氢氧化钠和重量百分比是1%的基于丙烯酸盐的超吸收剂和过量的水混合。随后，使膏颗化并且干燥到大约16%的含水量。所得到的产物在图1和2中作为产物A示出。抗磨蚀强度在此外例如用于药剂检测的磨损仪中测定长达7小时并且在图1中示出。传统的CO2吸收剂B包含作为保水剂的氯化钙，另一种传统的产品C包含硅酸盐。在产品B和C的情况下降低抗磨蚀强度。两种具有锁水剂的碱石灰在STANAG1411C02测试(参看图2)中示出CO2性能的降低。在使用超吸收剂时，在良好的CO2性能的情况下提高抗磨蚀强度。执行磨蚀测试，使得IOg无粉尘的CO2吸收剂在磨蚀度试验器中旋转7个小时。之后经由0.42mm的滤网来进行过滤。由100减去百分比计算的磨蚀度(〈0.42mm)得出抗磨蚀强度。CO2吸纳测试在北约标准1411中描述。图4示意地示出过滤元件形式的CO2吸收剂的结构,例如所述过滤元件能够使用在呼吸系统中。CO2过滤元件I具有带有进气口 3和出气口 4的壳体2，所述出气口具有构成为吸收床5的吸收剂，所述吸收床设有CO2吸收剂6和填料形式的保水剂7。在图3中示出通过无纺布8隔开的层中的吸收剂的结构。
权利要求
1.用于从气体混合物中消耗酸性气体的设备，其中所述设备包括吸收剂，所述吸收剂包含: -吸纳二氧化碳的物质，所述吸收二氧化碳的物质具有至少一种氢氧化物化合物或者由其组成以及 -吸水物质，所述吸水物质具有超吸收聚合物(SAP)和/或蛭石或者由其组成， 其中一方面氢氧化物化合物和另一方面超吸收聚合物(SAP)和/或蛭石形成吸收剂料并且相互直接接触。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述吸收剂彼此无关地 -具有层状结构，所述层状结构包括吸收剂料的至少三个不同的层，其中至少一个层由另外两个不同的层至少部分地包围， -是包括吸收剂料的颗粒的混匀的填料， -将超吸收聚合物和/或蛭石以及氢氧化物化合物施加在坚硬的或柔软的承载体上， -将超吸收聚合物和/或蛭石施加到作为承载体的氢氧化物化合物上或者反之亦然，和/或 -分别将氢氧化物化合物和超吸收聚合物和/或蛭石共同地加入到颗粒中。
3.根据上述权利要求中的至少一项所述的设备，其特征在于，所述氢氧化物化合物是碱土金属氢氧化物或者包括碱土金属氢氧化物。
4.根据上述权利要求中的至少一项所述的设备，其特征在于，所述氢氧化物化合物具有碱土金属氢氧化物和碱金属氢氧化物，优选地，碱金属氢氧化物以使用的所述氢氧化物化合物的质量计占至质量百分比的0.5%至8%。
5.根据上述权利要求中的至少一项所述的设备，其特征在于，所述氢氧化物化合物是氢氧化钠和/或氢氧化锂或者包含氢氧化钠和/或氢氧化锂。
6.根据上述权利要求中的至少一项所述的设备，其特征在于，所述吸水物质总计占所述吸收剂料的质量百分比的0.5%至15%，其中不包括可能吸纳的水。
7.根据上述权利要求中的至少一项所述的设备，其特征在于，具有所述吸收剂料的所述吸收剂以所述吸收剂计包含大于10%的重量百分比的、尤其优选地大于15%的重量百分比的并且必要时也大于20%的重量百分比的水。
8.根据上述权利要求中的至少一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括/流过有气体混合物，所述气体混合物包括作为酸性气体的二氧化碳并且所述气体混合物是包括挥发性麻醉剂的麻醉呼吸气体、潜水用气或空气、尤其是呼吸气体，例如其通过呼气过程来提供。
9.包含根据上述权利要求之一所述的设备的呼吸循环机，其中所述吸收剂尤其是能够更换和/或能够填充的筒的一部分。
10.根据权利要求9所述的呼吸循环机，其特征在于，所述呼吸循环机还包括/流出气体混合物，所述气体混合物包括作为酸性气体的二氧化碳并且所述气体混合物是包括挥发性麻醉剂的麻醉呼吸气体、潜水用气或空气、尤其是呼吸气体，例如其通过呼气过程来提供。
11.利用根据权利要求1至8中至少一项所述的设备或根据权利要求9或10所述的呼吸循环机从气体混合物、尤其是从气体流中移除酸性气体、尤其为二氧化碳的方法。
全文摘要
本发明的主题是用于利用氢氧化物化合物(6)和具有超吸收聚合物或蛭石(7)的形式的吸湿物质从尤其为呼吸气体的气体混合物(3)中消耗尤其为CO2的酸性气体的一种设备(1)和一种方法。
文档编号B01D53/02GK103180025SQ201180049203
公开日2013年6月26日 申请日期2011年8月11日 优先权日2010年8月11日
发明者安妮特·科泽加滕 申请人:德尔格安全股份两合公司