Основы поглощения паров ТХВ.

Поглощение паров ТХВ происходит в слое поглотителя (шихты) на обычно микропористых адсорбентах (активированных углях-катализаторах) на принципах физической адсорбции, хемосорбции и катализа. Обладая развитыми микропористой структурой и структурой транспортных пор, активный уголь (АУ) хорошо поглощает пары ТХВ. Универсальность адсорбции заключается в том, что адсорбционные свойства АУ не зависят от химической природы паров поглощаемых веществ, а определяются лишь их физико-химическими свойствами. Чем тяжелее молекула (больше ее молекулярный вес), выше температура кипения этого вещества и, следовательно, меньше летучесть при данной температуре, тем легче сконденсировать пары таких веществ в микропорах адсорбента, тем лучше адсорбируются пары этих органических веществ (ТХВ) шихтой ФПС. Таких веществ подавляющее большинство. Пары органических веществ с малой молекулярной массой (синильная кислота, мышьяковистый и фосфористый водороды, аммиак, гидразин, метан, этан, оксид углерода (II) и др.) с трудом поглощаются микропористыми АУ. Для их поглощения используют принципы хемосорбции и катализа (или др. принципы защиты ОД — изолирующими противогазами или самоспасателями (в шахтах и др. местах выделения «болотного» газа).

Хемосорбция - поглощение химическими веществами. Это специфичный принцип, основанный на химических свойствах взаимодействия хемосорбента с парами поглощаемого вещества. Так, синильная кислота поглощается хемосорбционными добавками (оксидами меди). Для улучшения поглощения паров отдельных веществ используют катализ - ускорение реакций применением катализаторов. Так, катализатором гидролиза фосгена в ФПС всех СЗОД является сам АУ, добавки хрома катализируют гидролиз хлорциана. Окисление оксида углерода (II) в диоксид (как основной способ защиты от угарного газа) происходит на катализаторе - смеси оксидов марганца и меди (гопкалите). Без дополнительного (гопкалитового) патрона невозможно не только защитить ОД от СО, но и снарядить сжатым воздухом баллоны аппаратов аквалангистов, спасателей-шахтеров, пожарных и др.

Помимо АУ, для отдельных целей в качестве адсорбента в ФПС используют силикагель как осушитель воздуха (в КДП и ДП-1 для предотвращения отравления гопкалита водой воздуха). При этом силикагель, пропитанный химическими добавками, являясь полярным адсорбентом, придает ФПС дополнительные защитные свойства по парам АХОВ (как в комплекте дополнительного патрона КДП). АУ, на поверхность переходных и макропор (транспортных) которого нанесены хемосорбционные и каталитические добавки, называется - углем-катализатором. УК, АУ (редко - силикагель и чисто хемосорбенты и катализаторы) - основа снаряжения ФПС средств индивидуальной и коллективной защиты.

Поглощение основных компонентов воздуха (азота, кислорода), а также токсичных газов (СО, NO и др.) в слое АУ (УК) ФПС за счет адсорбции практически не происходит по причине их малого молекулярного веса (малы дисперсионные силы взаимодействия этих молекул с поверхностными адсорбционными полями адсорбента). Воздух, очищаясь в ФПС от паров хорошосорбирующихся вредных примесей их адсорбцией и плохосорбирующихся - хемосорбцией и катализом, поступает в ОД.

Защитные свойства шихты по поглощению паров ТХВ характеризуются динамической активностью (А_дин) или сорбционной емкостью - количеством паров ТХВ [г], поглощенных шихтой за время защитного действия q(время до появления за шихтой пороговой дозы паров ТХВ).

,

где С₀- концентрация [мг/л] паров ТХВ на входе в ФПС; V- объем легочной вентиляции [л/мин] или объем подаваемого в ФПС вентилятором (для СЗК) зараженного воздуха.

Тогда А_дин=С_о [мг/л] × V[л/мин] × q [мин]/1000=мг/1000=[мг] или

А_дин=С_о [г/м] × V[м/мин] × q [мин]=[г]

Значение А_дин определяется объемом шихты, маркой и типом адсорбента, сорбируемостью ТХВ и условиями поглощения. Чем меньше удельная объемная скорость паровоздушного потока через единицу площади шихты [л/мин × см²], меньше влажность воздуха (j), ниже его температура (Т, °С), тем лучше идет процесс поглощения паров, тем больше А_дин. Для малогабаритных коробочных противогазовых ФПС А_дин=(1¸20) г от плохо - до хорошосорбирующихся ТХВ. Для ФПС коробочных большого габарита А_дин достигает 100 г. Выражение для А_дин позволяет рассчитать одну из неизвестных величин. Так, например, для малогабаритных коробочных противогазов А_дин для паров хорошосорбирующихся ОВ (ФОВ, иприт) и учебного хлорпикрина составляет приблизительно 10 грамм. Отсюда q = А_дин × 1000 / С_о × V, если С_о = 8мг/л и V = 30 л/мин (рекомендуемые концентрация и нагрузка при технической проверке правильности подбора лицевой части и исправности противогаза в палатке с хлорпикрином), то q = 10000/8 × 30»42мин. Если в таких жестких по концентрации ТХВ условиях рекомендуется проводить проверку 3 мин, то противогаз выдержит 14 проверок (проверяют не более 3-4 раз, «сберегая» А_дин для случаев, защиты от реальных TXB).