一种用于CO常压过滤消除的便携式防护半面罩

一种用于co常压过滤消除的便携式防护半面罩
技术领域
1.本发明属于消防防护设备技术领域，具体涉及一种用于co常压过滤消除的便携式防护半面罩。


背景技术：

2.火灾或爆炸事故后产生的大量有毒气体是造成人员伤亡的主要原因。若发生该类事故的场所为受限空间(如矿井、隧道、地铁、机舱等)，因氧气供应不充足产生的大量co与血红蛋白的亲合力比o2高200～300倍，极易与人体血液中的血红蛋白相结合形成碳氧血红蛋白使血红蛋白丧失携氧能力，从而造成组织窒息致人死亡。当环境中一氧化碳浓度超过100ppm时，人体就会产生头晕、乏力等不适感；当一氧化碳浓度超过600ppm时，短期内会引起窒息死亡。在很多事故中，被困人员没有遭受火灾爆炸的直接伤害，却因为吸入大量co引起中毒身亡。
3.目前，传统个人防护设备主要是正压式和过滤式，正压式半面罩重量较大，随身佩戴体验差，难以在应急逃生领域应用，而过滤式个人防护设备暂未将co消除剂与个体防护设备相结合，采用吸附的方式处理吸入的co，效率较低同时极为容易失效，无法有效处理恶劣环境下吸入的co，因此，亟需一种高效消除co同时能持久使用的便携式个体防护设备。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种用于co常压过滤消除的防护半面罩，该半面罩能够实现对人体吸入co的高效消除，防止一氧化碳产物对作业人员造成生命危险，延长被困人员逃生时间以及应急救援时间，提高遇害人员的逃生几率，为受限空间应急救援提供轻便可靠的保障，完善受限空间应急救援逃生体系。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于co常压过滤消除的便携式防护半面罩，包括面罩主壳体和滤毒盒，面罩主壳体的两侧端连接有交叉紧固弹力绳，面罩主壳体的左右两侧分别安装吸气单向阀，滤毒盒为两个并分别活动连接在吸气单向阀上并与吸气单向阀相连通；面罩主壳体的中间位置安装有呼气单向阀；
6.所述滤毒盒包括外壳框架、设置在外壳框架上的背板和网状前盖，所述外壳框架、背板、网状前盖所形成的容纳腔中依次层状设置有滤棉、干燥剂、co消除剂、滤棉，干燥剂靠近网状前盖设置；所述co消除剂为由铜、锰、铝、铁、钴中的一种金属氧化物或两种及以上的复合金属氧化物进行研磨、活化得到的金属氧化物催化剂。
7.进一步的，所述金属氧化物研磨至金属氧化物催化剂的粒径为0.425～1.7mm，并于200～300℃的干燥环境下活化0.5h以上；co消除剂(205)的层厚度为3～6cm。
8.优选的，所述金属氧化物催化剂选用钴系催化剂，钴系催化剂的主要活性成分为co3o4；所述钴系催化剂的制备方法为：将醋酸钴溶解在乙二醇中得到混合溶液，混合溶液中醋酸钴的浓度为83g/l，将混合物加热到160～180℃，然后加入1mol/l的碳酸钠溶液得到混合溶液，醋酸钴与碳酸钠的质量比为1：(4-5)，老化1-2h，沉淀过滤后用乙醇和蒸馏水洗涤，
将得到的固体在45-55℃真空下干燥12～16h得到碳酸氢钴前驱体，最后在400-500℃下煅烧3-5h制备出纳米棒状钴系催化剂。
9.优选的，所述呼气单向阀包括硬质壳体ⅰ，硬质壳体ⅰ的一端设置固定支架ⅰ；硬质壳体ⅰ的中心设置有固定轴，固定轴两端设置有螺纹中心孔，固定轴的一端通过固定螺栓ⅰ垂直固定在固定支架ⅰ上；硬质壳体ⅰ的另一端设有多片扇形薄片ⅰ，多片扇形薄片ⅰ的弧形边缘均固定连接于硬质壳体ⅰ的侧壁，角端贴近固定轴另一端设置的中部固定螺栓ⅰ并位于两个固定螺栓ⅰ之间；所述呼气单向阀设置扇形薄片ⅰ的一端靠近佩戴者面部。
10.优选的，所述吸气单向阀包括硬质壳体ⅱ，硬质壳体ⅱ的一端设置固定支架ⅱ；硬质壳体ⅱ的中心设置有固定轴，固定轴两端设置有螺纹中心孔，固定轴的一端通过固定螺栓ⅱ垂直固定在固定支架ⅱ上；硬质壳体ⅱ的另一端设有多片扇形薄片ⅱ，多片扇形薄片ⅱ的弧形边缘均固定连接于硬质壳体ⅱ的侧壁，角端贴近固定轴另一端设置的中部固定螺栓ⅱ并位于两个固定螺栓ⅱ之间；所述吸气单向阀设置固定支架ⅱ的一端靠近佩戴者面部。
11.进一步的，滤毒盒的背板上设置有含内螺纹的直径为2～4cm的通孔，吸气单向阀靠近扇形薄片ⅱ的一端设有螺纹连接口，滤毒盒通过通孔和螺纹连接口与吸气单向阀活动连接。
12.进一步的，所述滤棉与干燥剂之间、干燥剂与co消除剂之间、co消除剂与滤棉之间均设置有网格状隔层；所述干燥剂为分子筛干燥剂，干燥剂的层厚度为1cm；滤棉的层厚度为5mm。
13.优选的，所述滤毒盒的形状呈类梯形，滤毒盒的横截面面积为36～45cm2；进一步的，滤毒盒还包括有与网状前盖配套的外壳套盖。
14.进一步的，所述面罩主壳体上还设置有护鼻垫；面罩主壳体的材质由四层结构组成，由外至内依次为透明壳体、隔热层、龙骨骨架、弹性体；弹性体与佩戴者面部轮廓相匹配。
15.优选的，所述隔热层为气凝胶纳米隔热材料，厚度为2-3mm；所述龙骨骨架采用聚丙烯材料，材料比重为0.9-0.91g/cm3，成型收缩率为1.0-2.5％；所述弹性体为硅胶弹性体。
16.与现有技术方案相比，本发明具有以下优点：
17.本发明基于co催化氧化机理，优化催化剂制备工艺，创新性地将co消除剂运用到个体防护领域，改变原有防护设备物理吸附co的方式，充分结合矿井、船舱、地铁隧道等受限空间灾后应用场景，制作由co消除剂、滤棉、干燥剂组成的滤毒盒，并以滤毒盒为技术核心制作泄露率小、过滤性强的常压便携式防护半面罩。本发明结构紧凑、设计合理、佩戴方便，能高效消除呼吸时吸入的co有毒气体，解决普通防护设备无法有效消除火灾后人体吸入的co导致窒息甚至死亡的技术问题，延长被困人员逃生时间以及应急救援时间，提高遇害人员的逃生几率，保障受限空间作业人员生命健康安全；同时该设备采用呼气与吸气通道分离式设计，保持呼吸顺畅的同时也避免了呼出水汽对滤毒盒的影响，大大延长了滤毒盒的使用寿命，进一步保障设备使用性能。
附图说明
18.图1为本发明整体结构正视图；
19.图2为本发明整体结构后视图；
20.图3为本发明呼气单向阀的结构示意图；
21.图4为本发明扇形薄片ⅰ的结构及运动示意图；
22.图5为本发明吸气单向阀的结构示意图；
23.图6为本发明滤毒盒的外壳结构示意图；
24.图7为本发明滤毒盒中过滤催化层的结构示意图；
25.图8为本发明滤毒盒的阻力测试图；
26.图9为本发明的应用效果图；
27.图中：1、面罩主壳体，2、滤毒盒，201、网状前盖，202、外壳框架，203、滤棉，204、干燥剂，205、co消除剂，3、护鼻垫，4、交叉紧固弹力绳，5、呼气单向阀，501、硬质壳体ⅰ，502、固定螺栓ⅰ，503、固定支架ⅰ，504、扇形薄片ⅰ；6、吸气单向阀；601、硬质壳体ⅱ，602、固定螺栓ⅱ，603、固定支架ⅱ，604、扇形薄片ⅱ，605、螺纹连接口。
具体实施方式
28.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
29.如图1-2和图6-7所示，一种用于co常压过滤消除的便携式防护半面罩，包括面罩主壳体1和滤毒盒2，面罩主壳体1的两侧端连接有交叉紧固弹力绳4，交叉紧固弹力绳4采用交叉设计，使得该半面罩能够更牢靠稳固贴合佩戴者面部；面罩主壳体1的左右两侧分别安装吸气单向阀6，滤毒盒2为两个并分别活动连接在吸气单向阀6上并与吸气单向阀6相连通；面罩主壳体1的中间位置安装有呼气单向阀5；当吸气时，吸气单向阀6打开，呼气单向阀5关闭；当呼气时，呼气单向阀5打开，吸气单向阀6关闭；呼气单向阀5和吸气单向阀6实现呼吸通道分离，互不干扰；
30.所述滤毒盒2包括外壳框架202、设置在外壳框架202上的背板和网状前盖201，所述外壳框架202、背板、网状前盖201所形成的容纳腔中依次层状设置有滤棉203、干燥剂204、co消除剂205、滤棉203，干燥剂204靠近网状前盖201设置；所述co消除剂205为由铜、锰、铝、铁、钴中的一种金属氧化物或两种及以上的复合金属氧化物进行研磨、活化得到的金属氧化物催化剂。
31.为了获得更好的消除性能，将铜、锰、铝、铁、钴中的一种金属氧化物或两种及以上的复合金属氧化物进行研磨至金属氧化物催化剂的粒径为0.425～1.7mm，并于200～300℃的干燥环境下活化0.5h以上；co消除剂205的层厚度为3～6cm。本实施例中的金属氧化物催化剂选用钴系催化剂，钴系催化剂的主要活性成分为co3o4；所述钴系催化剂的制备方法为：将醋酸钴溶解在乙二醇中得到混合溶液60ml，混合溶液中醋酸钴的浓度为83g/l，将混合物加热到160℃，然后加入1mol/l的碳酸钠溶液200ml得到混合溶液，醋酸钴与碳酸钠的质量比为1：4.26，老化1h，沉淀过滤后用乙醇和蒸馏水洗涤，将得到的固体在50℃真空下干燥14h得到碳酸氢钴前驱体，最后在450℃下煅烧4h制备出纳米棒状钴系催化剂。
32.如图3所示，所述呼气单向阀5包括硬质壳体ⅰ501，硬质壳体ⅰ501内部含有小型气腔通道，通道直径是2cm，硬质壳体ⅰ501的一端设置固定支架ⅰ503；硬质壳体ⅰ501的中心设
置有固定轴，固定轴两端设置有螺纹中心孔，固定轴的一端通过固定螺栓ⅰ502垂直固定在固定支架ⅰ503上；硬质壳体ⅰ501的另一端设有多片扇形薄片ⅰ504，当多片扇形薄片ⅰ504在不受力的情况下正好形成一块封闭挡片，该封闭挡片能够封闭硬质壳体ⅰ501的另一端；多片扇形薄片ⅰ504的弧形边缘均固定连接于硬质壳体ⅰ501的侧壁，角端贴近固定轴另一端设置的中部固定螺栓ⅰ502并位于两个固定螺栓ⅰ502之间；固定轴另一端设置的中部固定螺栓ⅰ502用于阻止扇形薄片ⅰ504的角端朝小型气腔外部运动；所述呼气单向阀5设置扇形薄片ⅰ504的一端靠近佩戴者面部。如图4所示，扇形膜片ⅰ504用于控制气体的流通，为了达到更好的控制效果，扇形膜片ⅰ504采用硅胶材料。当佩戴者处于呼气状态时，气体会将呼气单向阀5中的扇形薄片ⅰ504的角端朝小型气腔内部运动，从而使呼气单向阀5打开，呼气从呼气单向阀5流出，呼气停止后，扇形薄片ⅰ504由于弹性恢复到初始状态，呼气单向阀5关闭；扇形薄片ⅰ504角端的最大移动位置与固定支架ⅰ503之间的距离至少为5mm，扇形薄片ⅰ504的设计避免了呼出水汽对co消除剂产生影响。
33.如图5所示，所述吸气单向阀6包括硬质壳体ⅱ601，硬质壳体ⅱ601内部含有小型气腔通道，通道直径是2cm，硬质壳体ⅱ601的一端设置固定支架ⅱ603；硬质壳体ⅱ601的中心设置有固定轴，固定轴两端设置有螺纹中心孔，固定轴的一端通过固定螺栓ⅱ602垂直固定在固定支架ⅱ603上；硬质壳体ⅱ601的另一端设有多片扇形薄片ⅱ604，当多片扇形薄片ⅱ604在不受力的情况下正好形成一块封闭挡片，该封闭挡片能够封闭硬质壳体ⅱ601的另一端；多片扇形薄片ⅱ604的弧形边缘均固定连接于硬质壳体ⅱ601的侧壁，角端贴近固定轴另一端设置的中部固定螺栓ⅱ602并位于两个固定螺栓ⅱ602之间；固定轴另一端设置的中部固定螺栓ⅱ602用于阻止扇形薄片ⅱ604的角端朝小型气腔外部运动；所述吸气单向阀6设置固定支架ⅱ603的一端靠近佩戴者面部。如图4所示，扇形膜片ⅱ604用于控制气体的流通，为了达到更好的控制效果，扇形膜片ⅱ604采用硅胶材料。当佩戴者处于吸气状态时，从外部吸入的气体先经过滤毒盒2的过滤催化氧化消除作用后，再穿过滤毒盒2背板上设置的通孔进入吸气单向阀6，气体会将呼气单向阀6中的扇形薄片ⅱ604角端朝小型气腔内部运动，从而使吸气单向阀6打开，从外部吸入的气体经过滤毒盒2后从吸气单向阀6流入吸入到佩戴者体内；扇形薄片ⅱ604角端最大运动位置与固定支架ⅱ603之间的距离至少为5mm，吸气状态停止后，扇形薄片ⅱ604恢复到初始位置，使吸气单向阀6内的小型气腔处于封闭状态，从而使得外部吸入的气体能通过滤毒盒2经过高效co消除剂消除，保证人员健康安全。
34.为了方便安装与更换滤毒盒2，如图5所示，滤毒盒2的背板上设置有含内螺纹的直径为2-4cm的通孔，吸气单向阀6靠近扇形薄片ⅱ604的一端设有螺纹连接口605，滤毒盒2通过通孔和螺纹连接口605与吸气单向阀6活动连接。
35.为了防止干燥剂204与co消除剂205分别与滤棉203的混合，同时为了放止干燥剂204与co消除剂205之间的互混，所述滤棉203与干燥剂204之间、干燥剂204与co消除剂205之间、co消除剂205与滤棉203之间均设置有网格状隔层；为了达到更好的干燥效果，所述干燥剂204为分子筛干燥剂，干燥剂204的层厚度为1cm；为了达到更好的过滤效果，滤棉203的层厚度为5mm。
36.如图6所示，所述滤毒盒2的形状呈类梯形，滤毒盒2的横截面面积为36-45cm2；滤毒盒2还包括有与网状前盖201配套的外壳套盖；当不使用该半面罩时，将外壳套盖盖到网
状前盖201上，从而防止外面环境对滤毒盒2的使用性能产生影响。
37.如图1所示，所述面罩主壳体1的正面采用低鼻梁低轮廓设计，所述面罩主壳体1上即鼻梁处还设置有护鼻垫3，在不影响视线的基础上保证呼吸顺畅，提高整个防护设备的舒适性；面罩主壳体1的材质由四层结构组成，由外至内依次为紧密相连接的透明壳体、隔热层、龙骨骨架、弹性体；弹性体与佩戴者面部轮廓相匹配，从而避免侧漏情况出现，有良好的气密性。如图2所示，所示面罩主壳体1的边缘处包覆有外翼边缘，该外翼边缘与佩戴者面部相接触。所述外翼边缘为硅胶材质，以更舒适的轮廓接触面部，佩戴更为舒适。
38.为了达到更好的隔热效果，所述隔热层为气凝胶纳米隔热材料，厚度为2-3mm；所述龙骨骨架采用聚丙烯材料，材料比重为0.9-0.91g/cm3，成型收缩率为1.0-2.5％；该龙骨骨架质轻、韧性好、耐化学性好；所述弹性体为硅胶弹性体，该弹性体采用硅胶材质，无毒无味、化学性质稳定、耐高温、密封效果好、舒适柔软、防止佩戴者过敏。
39.在具体使用时，首先将滤毒盒2的外壳框架202固定住，然后按顺序依次填充好滤棉203、co消除剂205、干燥剂204、滤棉203，并固定好滤毒盒网状前盖201，同时通过螺纹与吸气单向阀6相连接，然后将本发明防护半面罩覆盖在口鼻部，然后将交叉紧固弹力绳4置于头顶，两手拉住交叉紧固弹力绳4交叉处将它们拉至头顶部，调整面罩主壳体1置于鼻梁下部，以获得最佳的视野与气密性，再继续调整交叉紧固弹力绳4，然后进行气密性检查；然后查看主壳体呼气单向阀5和吸气单向阀6内部的扇形薄片闭合是否灵活，并查看交叉紧固弹力绳4的弹性是否良好、内部部件是否损坏；所有项目检查完毕后，此防护半面罩即可正常进行使用。
40.利用自行设计组装的co过滤消除测试系统测试本发明的常压co过滤消除性能。该系统主要用于提供一定浓度、一定流量、一定气体湿度的一氧化碳气体。选取的一氧化碳催化剂主要活性成分为co3o4，研究在不同温度条件下研究催化剂量、co初始浓度、气体湿度、催化剂温度等因素对co3o4催化剂co氧化性能的影响。
41.首先对不同厚度、不同粒径的co3o4催化剂进行初期阻力测试，测试流量为85l/min，选取满足符合人体呼吸要求的催化剂组合，使其能够适应本发明所述的个体防护半面罩的使用。不同粒径、不同厚度的催化剂的阻力测试结果图如图8所示，为后期实验测试提供挑选标准，选取合适的催化剂厚度粒径组合进行一氧化碳消除测试。从图8中可以看出，随着粒径减少和催化剂厚度增加，阻力急剧上升，当粒径为10～20目时，测试催化剂厚度均符合阻力要求，粒径更细达到35目时，催化剂厚度超过3cm后阻力超过阻力要求，无法满足所需。故考虑消除效果以及阻力要求的条件下，采用35目3cm厚的消除剂层进行消除性能测试。
42.如图9所示，35目3cm厚度的co3o4催化剂(60g)在co浓度200ppm、测试流量30l/min情况下，在40％相对湿度下最大消除效率为100％，同时能够维持100％消除效率超过45min，90％消除效率超过60min，随着湿度增大，90％消除效率时间以及100％消除效率保持时间急剧下降，在60％和80％相对湿度下，能够保持100％消除效率超过40min和25min，保持90％消除效率时间超50min及28min，也均表现出较为优异的消除效果，同时为后续co消除半面罩研究提供一定基础。