救生艙內(nèi)一氧化碳去除藥劑去除性能的實(shí)驗(yàn)研究

摘 要：礦用救生艙可以在事故發(fā)生后為避險(xiǎn)人員提供必要的生存條件，贏得較長的待救援時(shí)間。其中CO的去除是艙內(nèi)空氣凈化系統(tǒng)的一項(xiàng)主要功能。文章通過對救生艙特點(diǎn)的分析及市場調(diào)查，選定了兩種CO去除藥劑：非貴金屬催化劑觸媒和貴金屬催化劑W905。并對兩種催化劑在無干燥劑及有干燥劑兩種情況下，進(jìn)行了一系列CO去除實(shí)驗(yàn)。分析比較了兩種催化劑的催化活性及效果，得到添加干燥劑后觸媒的活性時(shí)間與去除率均延長一倍，但使用中均極易失活；而添加干燥劑前后W905的去除率均可達(dá)到100%，將CO的濃度由50ppm降至24ppm所需時(shí)間縮短33%，去除效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于觸媒。從而確定W905更適用于救生艙內(nèi)的CO去除。

關(guān)鍵詞：救生艙；一氧化碳；空氣凈化

引言

礦難事故發(fā)生后，遇險(xiǎn)人員在救生艙中等待救援時(shí)，由于礦井中空氣逸入、人體新陳代謝、設(shè)備工作等原因產(chǎn)生的有毒有害氣體嚴(yán)重威脅到人員的生命安全，其中，CO極易與血紅蛋白結(jié)合，使血紅蛋白喪失攜氧的能力和作用，造成組織窒息。[1-3]當(dāng)救生艙內(nèi)的CO濃度升高到人體能夠承受的極限上限時(shí)，人體會(huì)出現(xiàn)輕度甚至中度的頭疼和不適，有強(qiáng)烈的不愉快感，暴露時(shí)間不宜超過2h。尤其開艙門進(jìn)入救生艙內(nèi)時(shí)，會(huì)涌入大量的CO，因此必須采取措施在允許的時(shí)間范圍內(nèi)盡可能快的將其降到人體的安全極限以下。本文主要研究分析了救生艙內(nèi)CO去除藥劑的性能。[4-5]

1 救生艙內(nèi)CO去除藥劑的選定

救生艙在救援狀態(tài)下，無外界電力供應(yīng)，空間狹小，救援時(shí)間長，對CO去除效果要求高，因此，多采用催化轉(zhuǎn)化法。CO是一種中性氣體，在正常條件下基本不與酸和堿發(fā)生反應(yīng)，催化轉(zhuǎn)化法是指選用合適的催化劑將CO轉(zhuǎn)化為CO2[6]。通過市場調(diào)查，本文主要選取了兩種常溫常壓催化劑：非貴金屬催化劑觸媒和貴金屬催化劑W905 ，并在模擬礦井救生條件下，對兩種催化劑進(jìn)行去除性能實(shí)驗(yàn)。[7，8]

1.1 非貴金屬催化劑

非貴金屬催化劑選定為浙江省江山市浙安消防設(shè)備有限公司生產(chǎn)的霍加拉特劑（別稱：觸媒），是經(jīng)特殊加工而成的活性碳及銅、鐵、銀等化合物經(jīng)高溫反應(yīng)而得，黑色條狀?；艏永貏┳畲蟮娜秉c(diǎn)是遇水中毒，很快會(huì)失去活性。

1.2 貴金屬催化劑

貴金屬催化劑選定為W905常溫CO轉(zhuǎn)化催化劑，是武漢科林精細(xì)化工有限公司開發(fā)的新型貴金屬催化劑，黑色片狀，主要成分包括貴金屬、稀土及Al2O3。該催化劑具有使用溫度低，脫除率高的特點(diǎn)。

2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境的建立及實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

實(shí)驗(yàn)在模擬救生艙中進(jìn)行，艙體采用雙層鋼板夾保溫材料制成，鋼板采取噴塑防腐，各連接處、艙門采取密封措施，外型尺寸為4500（長）×1300（寬）×1800（高）mm。內(nèi)部尺寸為4400（長）×1200（寬）×1700mm（高）。

模擬救生艙內(nèi)配有空氣凈化裝置，整個(gè)凈化裝置主要由吸收床、沉降室、風(fēng)機(jī)三部分組成，裝置底部安裝防爆風(fēng)機(jī)，形成負(fù)壓腔，進(jìn)行空氣的循環(huán)。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

本次實(shí)驗(yàn)選用的主要設(shè)備為：Rock E40系列PLC數(shù)據(jù)采集器和KGA3型煤礦用電化學(xué)式CO傳感器。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

向空氣凈化裝置的藥劑床層填放催化劑，關(guān)閉艙門，以0.3L/min的流量向艙內(nèi)通入CO氣體，開啟擾動(dòng)風(fēng)機(jī)，當(dāng)CO濃度達(dá)到約50ppm的礦井空氣中極限濃度后停止通入CO氣體，CO濃度穩(wěn)定后開啟空氣凈化裝置風(fēng)機(jī)，在40W的最大功率下運(yùn)行，同時(shí)利用監(jiān)控系統(tǒng)記錄艙內(nèi)CO濃度變化情況。

3 結(jié)果與討論

3.1 非貴金屬催化劑去除CO的實(shí)驗(yàn)

分別對1cm觸媒、1cm觸媒及2cm活性炭、2cm活性炭進(jìn)行去除性能實(shí)驗(yàn)，其中第二次實(shí)驗(yàn)活性炭作為干燥劑鋪放在催化劑上方。CO起始濃度均為50ppm，記錄其濃度隨時(shí)間變化情況。

圖1表明只有觸媒時(shí)，其活性只持續(xù)了約10分鐘，CO從53ppm下降到46ppm，去除率只有13%。圖2表明，在觸媒上方鋪設(shè)2cm活性炭作為干燥劑時(shí)，其活性持續(xù)了20分鐘，CO從56ppm下降到41ppm，去除率為27%，活性延長了10分鐘，去除率增大了一倍，但是活性炭對觸媒的保護(hù)作用也很有限。

圖3表明，在60分鐘內(nèi)，CO的濃度幾乎沒有改變，證明此條件下，活性炭對CO沒有去除能力，去除率幾乎為零，即圖3中是觸媒的催化作用引起的CO濃度的降低。

3.2 貴金屬催化劑去除CO的實(shí)驗(yàn)

分別對1cmW905、1cmW905及2cm活性炭進(jìn)行去除性能實(shí)驗(yàn)，其中第二次實(shí)驗(yàn)活性炭作為干燥劑鋪放在催化劑上方。CO起始濃度均為50ppm，記錄其濃度隨時(shí)間變化情況。

圖4、5表明，兩種情況下，在45分鐘內(nèi)都可以達(dá)到CO的去除率100%。只有1cm貴金屬催化劑時(shí)，CO從55ppm下降到人體安全水平需要18分鐘；鋪設(shè)干燥劑后只需要12分鐘，活性提高。

3.3 兩種催化劑去除性能的比較

分別對無活性炭及鋪設(shè)活性炭的兩種情況下，觸媒和W905的催化活性進(jìn)行比較。

圖6、7表明，在無活性炭和鋪設(shè)活性炭時(shí)，觸媒的活性都比W905低很多，最高去除率只有30%。而在兩種情況下，W905始終保持了很高的活性，去除率可以輕松達(dá)到100%。雖然價(jià)格較高，但對于煤礦井下救生艙內(nèi)多變的環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，滿足其快速、高去除率的要求，而且保存簡易，用量少，W905明顯更適合救生艙內(nèi)的CO去除。

4 結(jié)論

本文對不同催化劑在救生艙內(nèi)去除CO的效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，比較W905和觸媒的活性，主要得到了以下結(jié)論：

（1）根據(jù)救生艙空間小、無外界電力供應(yīng)等特點(diǎn)，并通過市場調(diào)查，選定了觸媒及W905兩種催化劑進(jìn)行去除實(shí)驗(yàn)研究，兩者分別為非貴金屬催化劑及貴金屬催化劑。

（2）通過無活性炭及鋪設(shè)活性炭兩種情況下觸媒去除CO的實(shí)驗(yàn)研究，分析得出只有觸媒時(shí)活性僅維持10min，加入活性炭作為干燥劑后活性延長10min，去除率增大一倍，但低濕度下活性依然不高。

（3）通過無活性炭及鋪設(shè)活性炭兩種情況下W905去除CO的實(shí)驗(yàn)研究，分析得出兩種情況下W905的去除率均可達(dá)到100%，且去除所需時(shí)間短，活性很高，鋪設(shè)活性炭后使CO的濃度由50ppm降至24ppm所需時(shí)間縮短33%。

（4）分別對觸媒和W905的催化活性進(jìn)行比較，可知觸媒使用中極易失活，加干燥劑后活性依然不高，仍比W905低很多，而W905雖然成本較高，但去除CO能力強(qiáng)，反應(yīng)速度快，1cm厚度下便可以在短時(shí)間內(nèi)使CO的濃度達(dá)到人體安全的要求，且保存簡易，因此， W905更適用于救生艙內(nèi)的CO去除。

參考文獻(xiàn)

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