【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及正压式氧气呼吸机，尤其涉及一种基于多孔材料的呼吸防护用co2处理方法及装置。
技术介绍
1、隔绝式正压氧气呼吸器主要是为矿山救护队员或消防指战员在从事抢险救灾和处理事故时使用，也可用于国防、化工、核工业、石油、冶隧道等部门经过专门培训的人员在有毒有害及缺氧环境中使用，是一种个体呼吸防护装备。空气中co2含量不超过0.04%，人体呼出的co2浓度约4%，且在密闭环境中会持续积累。当co2含量为1%~2%时不会引起呼吸情况的显著变化；当co2含量达到4%~5%时，会引起耳鸣、太阳穴跳动；当co2含量达到8%时，就会引起严重头疼、头晕；当co2含量达到10%时，则会使人失去知觉，甚至致死。因此，作为隔绝式正压氧气呼吸器中的一个重要组成模块，co2吸收罐的处理能力直接关系到隔绝式正压氧气呼吸器的整体性能。
2、当前公知的隔绝式正压氧气呼吸器采用co2吸收剂对co2进行处理，且均为固体碱性物质，包括钙石灰和钠石灰，通常为粒度均匀的球形、半球形和柱状颗粒。co2吸收剂装填在截面为椭圆形的柱状罐体内，上下用多孔板支撑，同时采用海棉类物质填充以减少粉尘进入气囊或呼吸通道。这种结构和化学物质吸收剂在应急救援方面为减少人员伤亡做出了重要贡献。
3、专利技术cn201610951651.8提供了一种用于高效co2/n2选择性分离吸附的金属有机框架材料（mofs）及其制备方法，具有非常高的co2/n2选择性分离吸附性能。专利技术cn201711013916.0提供了一种分离co2的金属有机框架材料（mofs）及其制
4、当前公知的隔绝式正压氧气呼吸器中使用的钙石灰和钠石灰等co2吸收剂存在如下缺点：（1）钙石灰和钠石灰呈颗粒状，空气中co2仅与表层和浅层的碱性物质反应，颗粒内芯的碱性物质难以参与反应；（2）空气中co2与钙石灰和钠石灰反应过程中释放大量的热量，对人体呼吸产生不利影响，容易造成呼吸道灼伤；（3）co2与钙石灰或钠石灰反应后，会在表面形成致密盐层，导致部分表层下的钙石灰或钠石灰无法与co2气体接触反应；（4）现有专利技术报道的多孔材料是采用控制孔道尺寸的方法对人工混合的有限的两种气体进行常温分离，而人体呼出气体的组分相对复杂，尤其是还含有有机物及微生物等大分子，且气体温度高达80℃。此外，人工混合的气体中的co2浓度远远高于人体呼出气体中的浓度，基于控制孔道尺寸的方法对低浓度co2的作用有限。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于多孔材料的呼吸防护用co2处理方法及装置。
2、第一方面，本专利技术提供一种基于多孔材料的呼吸防护用co2处理装置，包括外壳、设于所述外壳两端的进气口和出气口，以及在壳体内填充的多孔材料；所述多孔材料为具有微孔、介孔和大孔的co2吸附剂，所述多孔材料的孔道经化学基团修饰。
3、本专利技术利用多孔材料的多孔性，采用多孔材料对co2气体进行物理和化学双重吸收，避免了钠石灰或碱石灰仅表层和浅层碱性物质参与反应且容易形成致密盐层的问题，提高了吸收剂的利用率。同时，多孔材料的物理和化学吸收过程的放热量显著降低，在很大程度上避免了对人体呼吸道的灼伤威胁。
4、优选的，所述多孔材料包括气凝胶、mofs、cofs、zifs、pops、pmss、cmps、pafs或hofs。
5、作为优选，所述化学基团选自氨基、羟基和羧基中的一种或多种。
6、作为优选，所述多孔材料的制备方法包括。
7、将3-氨丙基三甲氧基硅烷、多孔二氧化硅纳米粒子和乙醇溶液混合，升温至70~90℃搅拌回流3~5h，制得多孔二氧化硅纳米粒子co2吸附剂。
8、或，将叔丁胺、聚乙二醇、多孔有机金属骨架材料和乙醇溶液混合，升温至40~60℃搅拌5~7h，抽滤，在50~70℃条件下干燥10~14h，制得多孔有机金属骨架材料co2吸附剂。
9、或，将3-氨丙基三甲氧基硅烷、聚乙二醇、氧化石墨烯和乙醇溶液混合，升温至50~70℃搅拌5~7h，抽滤，冷冻干燥20~28h，制得多孔氧化石墨烯co2吸附剂。
10、进一步优选，所述3-氨丙基三甲氧基硅烷、多孔二氧化硅纳米粒子和乙醇溶液的质量体积比为36~84g：96~224g：1~2.4l。
11、或，所述叔丁胺、聚乙二醇、多孔有机金属骨架材料和乙醇溶液的质量体积比为40~94g：96~224g：84~196g：1~2.4l。
12、或，所述3-氨丙基三甲氧基硅烷、聚乙二醇、氧化石墨烯和乙醇溶液的质量体积比为40~94g：90~210g：84~196g：1~2.4l。
13、进一步的，本专利技术还对其他组分的过滤结构优化设计。本专利技术首先是对人体呼出的有机物及微生物等大分子的粗过滤，主要采用空气滤棉；其次是使用多孔活性炭对其余的有机物及微生物进行拦截；最后采用吸水树脂对人体呼出的水汽进行强吸收。
14、优选的，基于多孔材料的呼吸防护用co2处理装置包括依次设置的进气口、第一多孔板、空气滤棉、第二多孔板、活性炭、第三多孔板、吸水树脂、第四多孔板、多孔材料、第七多孔板和出气口。
15、作为优选，所述进气口和所述第一多孔板之间设有吸收罐顶部空腔；所述第七多孔板和出气口之间还设有第八多孔板和吸收罐底部空腔。
16、本专利技术中，在壳体内靠近进气口和出气口的位置分别设置吸收罐顶部空腔和吸收罐底部空腔，所述吸收罐顶部空腔和所述吸收罐底部空腔用于分散和缓冲进出口气体。
17、作为优选，所述多孔材料中还设有第五多孔板和第六多孔板，所述第五多孔板和所述第六多孔板之间为吸收罐中部空腔。
18、作为优选，所述外壳由高分子材料或合金材料制成。
19、第二方面，本专利技术提供一种基于多孔材料的呼吸防护用co2处理方法，采用上述的基于多孔材料的呼吸防护用co2处理装置。
20、本专利技术首次将多孔材料用于呼吸防护装备中进行人体呼出气体中二氧化碳吸收处理。多孔材料为由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，所述多孔材料包括金属有机框架材料 (mofs)、共价有机骨架材料(cofs)、类沸石无机材料（zifs）、多孔有机聚合物材料（pops）、多孔分子固体材料（pmss）、共轭微孔聚合物(cmps)、多孔芳香骨架材料(pafs)、氢键有机框架材料（hofs），具有相对密度低、比强度高、比表面积高、重量轻、隔音、隔热、渗透性好等优点。多孔材料最显著的特征是含有大量尺寸不一的孔道，包含了从微孔（孔径小于2 nm）、介孔（孔径2~50 nm）到大孔（孔径大于50 nm）各种孔径。由于每种气体或液体分子的直径不同，运动的自由程度也不同，因此不同孔径的多本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多孔材料的呼吸防护用CO2处理装置，其特征在于，包括外壳、设于所述外壳两端的进气口和出气口，以及在壳体内填充的多孔材料；所述多孔材料为具有微孔、介孔和大孔的CO2吸附剂，所述多孔材料的孔道经化学基团修饰。
2.根据权利要求1所述的基于多孔材料的呼吸防护用CO2处理装置，其特征在于，所述多孔材料包括气凝胶、MOFs、COFs、ZIFs、POPs、PMSs、CMPs、PAFs或HOFs。
3.根据权利要求2所述的基于多孔材料的呼吸防护用CO2处理装置，其特征在于，所述化学基团选自氨基、羟基和羧基中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的基于多孔材料的呼吸防护用CO2处理装置，其特征在于，所述多孔材料的制备方法包括：
5.根据权利要求4所述的基于多孔材料的呼吸防护用CO2处理装置，其特征在于，所述3-氨丙基三甲氧基硅烷、多孔二氧化硅纳米粒子和乙醇溶液的质量体积比为36~84g：96~224g：1~2.4L；
6.根据权利要求1所述的基于多孔材料的呼吸防护用CO2处理装置，其特征在于，包括依次设置的进气口、第一多孔板
7.根据权利要求1-6任一项所述的基于多孔材料的呼吸防护用CO2处理装置，其特征在于，所述进气口和所述第一多孔板之间设有吸收罐顶部空腔；所述第七多孔板和出气口之间还设有第八多孔板和吸收罐底部空腔。
8.根据权利要求1-6任一项所述的基于多孔材料的呼吸防护用CO2处理装置，其特征在于，所述多孔材料中还设有第五多孔板和第六多孔板，所述第五多孔板和所述第六多孔板之间为吸收罐中部空腔。
9.根据权利要求1-6任一项所述的基于多孔材料的呼吸防护用CO2处理装置，其特征在于，所述外壳由高分子材料或合金材料制成。
10.一种基于多孔材料的呼吸防护用CO2处理方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的基于多孔材料的呼吸防护用CO2处理装置。
...【技术特征摘要】
1.一种基于多孔材料的呼吸防护用co2处理装置，其特征在于，包括外壳、设于所述外壳两端的进气口和出气口，以及在壳体内填充的多孔材料；所述多孔材料为具有微孔、介孔和大孔的co2吸附剂，所述多孔材料的孔道经化学基团修饰。
2.根据权利要求1所述的基于多孔材料的呼吸防护用co2处理装置，其特征在于，所述多孔材料包括气凝胶、mofs、cofs、zifs、pops、pmss、cmps、pafs或hofs。
3.根据权利要求2所述的基于多孔材料的呼吸防护用co2处理装置，其特征在于，所述化学基团选自氨基、羟基和羧基中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的基于多孔材料的呼吸防护用co2处理装置，其特征在于，所述多孔材料的制备方法包括：
5.根据权利要求4所述的基于多孔材料的呼吸防护用co2处理装置，其特征在于，所述3-氨丙基三甲氧基硅烷、多孔二氧化硅纳米粒子和乙醇溶液的质量体积比为36~84g：96~224g：1~2.4l；
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【专利技术属性】
技术研发人员：冯永安，冯尚彪，邓沐聪，崔超，张兴华，
申请(专利权)人：山西岸流科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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