分层或混合吸附剂床防护过滤装置的制造方法
【专利说明】
[0001] 关于联邦资助的研究或开发的声明
[0002] 本发明是在由美国陆军研发和工程指挥部（U. S. Army Research,Development and Engineering Command;畑ECOM)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
[0003] 本发明设及用于除去呼吸空气中的污染物的过滤器介质。
【背景技术】
[0004] 扩展的表面积基材粒子，诸如活性炭、氧化侣、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。运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。
[0005] 运种炭除去空气中污染物的能力一般来讲设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。运种相互作用的程度可取决于W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、溫度、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。
[0006] 因此，未浸溃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渗入到炭中的处理方式W得到改善的污染物除去能 力。运些处理方式一般称为"浸溃"法，并且该处理所得的结果为"浸溃"炭。
[0007] 美国国家职业安全与健康研究所（National Institute for Occwational Safety and胎alth;NI0SH)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NIOSH CBRN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，W及被选中代表毒性化合物家的10种气体。 运10种NIOSH气体为二氧化硫(S化）、硫化氨化S)、甲醒化CO)、氨(畑3)、氯化氨化CN)、氯化 氯(C1CN、或CK)、光气(COCb)、环己烧(Cs出2)、二氧化氮(N02)和麟(P也）。通常，符合NIOSH标 准的过滤器使用能够除去所有运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，运种气体通常是氨或二氧化硫。
【发明内容】
[000引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。运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W及在穿戴时可能施加在使用者颈部肌肉上的杠杆作用。
[0009] 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 全浸溃炭填充物可W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：
[0010] A)流体不可透过的外壳，该外壳具有气体入口和气体出口； W及
[0011] B)设置在外壳内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溃剂的扩展的表面积基材，第二过滤器介质粒子包 括扩展的表面积氨氧化错基材和(氨)氧化锋。
[0012] 在运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W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溃剂的 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氨氧化错基材和(氨)氧化锋。
[0013] 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：
[0014] 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；
[0015] B)将多个第一过滤器介质粒子和多个第二过滤器介质粒子设置在外壳中，第一过 滤器介质粒子包括含有至少一种金属浸溃剂的扩展的表面积基材，第二过滤器介质粒子包 括扩展的表面积氨氧化错基材和(氨)氧化锋。
[0016] 运种方法的一个优选的实施例设及将第一过滤器介质粒子和第二过滤器介质粒 子W不同的层的形式设置在外壳中，即，作为包括多个第一过滤器介质粒子的第一层和包 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溃剂 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氨氧化错基材和(氨)氧化 锋。
[0017] 所公开的过滤装置和方法可用于个人防护或集体防护。例如，所公开的方法可用 于制造个人呼吸防护装置(包括被动空气净化呼吸器或非动力呼吸器，W及动力空气呼吸 器），W及用于制造用于建筑、车辆和人类居住、工作或聚集的其他地方的集体防护装置(包 括HVAC过滤器和车辆过滤器）。所公开的过滤装置和方法提供在二氧化氮、硫化氨、氨和甲 醒的穿透时间方面尤其有益的改善。在一个优选的实施例中，相较于针对具有相同内部体 积但仅填充有第一过滤器介质粒子或仅填充有第二过滤器介质粒子的过滤罐/过滤器所观 测到的穿透时间，二氧化氮、硫化氨和甲醒的可替换过滤罐/过滤器的穿透时间得到协同改 善。
[0018] 在W下【具体实施方式】中，将显而易见本发明的运些方面和其他方面。然而，在任何 情况下都不应将上述
【发明内容】
理解为是对要求保护的主题的限制，该主题仅由如在审查期 间可W进行修改的所附权利要求书限定。
【附图说明】
[0019] 图1为根据本公开的示例性过滤装置的示意性横截面视图；
[0020] 图2为包括根据本公开的示例性过滤装置的示例性个人呼吸器的透视图；
[0021 ]图3为根据本公开的另一个示例性过滤装置的示意性横截面视图；
[0022] 图4为包括根据本公开的示例性过滤装置的另一个示例性个人呼吸器的透视图；
[0023] 图5为根据本公开的示例性集体防护装置的示意图，部分W横截面示出；并且
[0024] 图6至图8是比较仅填充有第一过滤器介质粒子、仅填充有第二过滤器介质粒子、 或填充有相同深度的第一过滤器介质粒子层和第二过滤器介质粒子层(在压缩之前）的过 滤罐/过滤器外壳针对各种目标气体的性能的图。
[0025] 在各幅附图中，相似的附图标记用来表示类似的元件。图中的元件未必按比例绘 制。
【具体实施方式】
[0026] 术语"胺功能性材料"是指含有至少一个具有一对孤对电子的氮原子的材料。更优 选地，术语1安功能性材料"是指包含结合到=个部分的氮的有机材料，其中运些部分中的 至少一个不是氨。结合到氮的运些部分中的多于一个部分可为环结构的共同成员。
[0027] 术语"碱"是指可与质子（即，氨离子)组合W形成新化合物的任何材料。水溶性碱 在水溶液中产生大于7.0的pH。
[0028] 当关于颗粒材料使用时，术语"扩展的表面积基材"是指运样的粒子:运些粒子的 表面，包括该表面中的任何孔，是(优选在微观水平下)足够大、不规则或W其他方式说旋绕 的，使得粒子能够用至少一种金属浸溃剂诸如元素金属或金属盐浸溃。
[0029] 术语"过滤器介质"是指可用于从流动的气体流中除去一种或多种污染物的结构 (例如，填充粒子床)或制品（例如，非织造幅材）。
[0030] 当关于浸溃剂使用时，术语"过滤功效"是指渗入浸溃剂的过滤器介质相较于不含 浸溃剂的其他相同的介质具有更大的从流动气体流中除去指定污染物的能力。在优选的实 施例中，过滤功效是指浸溃剂能够提供依照所需的政府规定诸如美国的NIOSH标准、欧洲的 CEN标准或其他地方的类似标准的针对指定污染物的过滤防护。浸溃剂可自身或当与一种 或多种其他浸溃剂组合使用时具有运种过滤功效。
[0031] 当关于过滤器介质的外壳使用时，术语"流体不可透过的"是指结构或材料(并非 用于此