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　大量工人在比較嚴(yán)酷的環(huán)境中工作，正確的使用呼吸防護(hù)器材可以防止會(huì)影響健康的空氣污染物。一般空氣濾芯中使用的是顆?；钚蕴渴悄壳坝糜诘挚垢鞣N氣體和蒸汽(包括揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC))的標(biāo)準(zhǔn)吸附劑，因?yàn)槠涑杀镜?、效率高且技術(shù)可用被大量使用。因?yàn)?，其顆粒形式活性炭需要密封(即，在盒或罐中)，這會(huì)增加空氣凈化呼吸器的重量和體積，以及活性炭本身的重量，所以需要改進(jìn)這些問(wèn)題。

　　活性炭纖維是從各種前體的聚合纖維碳化和活化中獲得的，由于其較大的表面積，被認(rèn)為是開(kāi)發(fā)更薄、重量輕、效果好的VOC防護(hù)的替代吸附劑，與顆粒活性炭相比，吸附能力更高，臨界床深度更低，微孔數(shù)量更多，重量更輕，并且具有自含式織物形式。纖維化的活性炭小纖維直徑允許均勻的纖維活化，導(dǎo)致活性炭在微孔范圍內(nèi)的孔徑分布較窄。與更復(fù)雜的活性炭多孔網(wǎng)絡(luò)(即，大孔分支為中孔，然后為微孔)不同，活性炭纖維的微孔可通過(guò)被吸附物直接從纖維表面進(jìn)入，從而產(chǎn)生更快的吸附動(dòng)力學(xué)。也可以很好地從氣體流中捕獲各種濃度的VOC。

　　活性纖維濾芯的結(jié)構(gòu)特性

　　活性炭材料的結(jié)構(gòu)特性，包括編織類(lèi)型、厚度、密度、BET表面積和微孔率。非織造纖維型比織造活性炭型厚2至4.5倍，但密度不如活性炭，使毛氈型具有海綿狀外貌?；钚蕴坷w維材料的BET表面積都很大，微孔面積也比較大。平均微孔面積百分比范圍為83.9%至93.2%，平均孔徑范圍為1.59至1.70nm(<2nm)，表明活性炭材料主要是微孔的。BET表面積與微孔面積(r=0.997)呈強(qiáng)正相關(guān)，但與微孔面積百分比(r=-0.982)呈強(qiáng)負(fù)相關(guān)?；钚蕴坎牧现欣w維的組織顯示在SEM圖像中200倍放大倍數(shù)下，毛氈型顯示隨機(jī)排列的松散無(wú)紡纖維，而布料型顯示緊密編織的纖維，外觀更致密(圖1)。

　　圖1：200倍放大倍數(shù)下活性炭纖維的SEM圖像?；钚蕴棵珰诸?lèi)型和布型。

　　甲苯濃度對(duì)突破時(shí)間的影響

　　本研究研究了甲苯濃度對(duì)穿透曲線的影響。圖2展示了活性炭濾芯1和活性炭濾芯2小柱在五種甲苯濃度下的穿透曲線。隨著甲苯濃度降低，甲苯通過(guò)活性炭纖維濾芯的穿透時(shí)間增加，而不管濾芯中活性炭纖維密度的差異(圖2)。這種濃縮效應(yīng)是預(yù)料之中的，因?yàn)檩^低的甲苯濃度意味著較少的甲苯分子吸附到活性炭上并穿過(guò)活性炭纖維床層深度，從而需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能發(fā)生突破。

　　圖2：(a)活性炭濾芯1和(b)6小柱類(lèi)型的突破曲線(按甲苯濃度),穿透時(shí)間與不同小柱類(lèi)型的甲苯濃度的函數(shù)關(guān)系。

　　然而，穿透時(shí)間的這種增加與甲苯濃度不是線性的。觀察到較低甲苯濃度下的穿透時(shí)間增加大于較高濃度下的穿透時(shí)間，即使在甲苯濃度的相同比例變化下也是如此。例如，對(duì)于活性炭1和6小柱，從100ppm甲苯到300ppm甲苯的穿透時(shí)間增加比從300ppm甲苯到500ppm甲苯的時(shí)間增加要大，盡管濃度增加了200ppm(圖2ab)。所有小柱類(lèi)型的穿透時(shí)間(10%、50%和5ppm)和甲苯濃度之間都存在這種非線性關(guān)系。如圖2下部分所示。在之前的活性炭纖維研究中發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似的結(jié)果，該研究涉及針對(duì)用于呼吸器應(yīng)用的甲苯測(cè)試活性炭樣品。這一發(fā)現(xiàn)表明，在較低甲苯濃度下，活性炭濾芯可能更有效地提供更長(zhǎng)的使用壽命，這可能歸因于活性炭吸附劑的微孔性，因?yàn)榛钚蕴恐械奈⒖字饕?fù)責(zé)在低濃度下增強(qiáng)蒸汽吸附。環(huán)境濃度和良好地填充在低濃度下，由于與相對(duì)的孔壁的緊密接近相關(guān)聯(lián)的引力的重疊。在低濃度下的吸附量取決于吸附劑的孔徑分布，特別是它的微孔率，這在低濃度下允許更高的吸附容量。有證據(jù)表明，活性炭纖維材料中的窄微孔在優(yōu)化低濃度VOC吸附方面的重要性。

　　活性炭在甲苯濾芯纖維中的吸附特性，活性炭纖維是一種替代吸附劑，可用于開(kāi)發(fā)更薄、更輕、更適用的呼吸器濾芯，但其吸附特性需要進(jìn)一步研究。這項(xiàng)研究的結(jié)果顯示了活性炭纖維呼吸器濾芯可以針對(duì)空氣中的甲苯和其他潛在的VOC提供的呼吸保護(hù)程度。含有致密活性炭毛氈類(lèi)型的濾芯具有較長(zhǎng)的穿透時(shí)間(例如，250–270分鐘至5ppm的穿透時(shí)間)，因此提供長(zhǎng)期的甲苯保護(hù)時(shí)間​​。盡管活性炭布類(lèi)型以前被證明具有良好的吸附特性(即，高吸附能力和長(zhǎng)穿透時(shí)間)，將布與毛氈型的活性炭濾芯結(jié)合并沒(méi)有顯著增加穿透時(shí)間。因此，鑒于其缺點(diǎn)之一是高壓降，無(wú)需在活性炭濾芯中使用布來(lái)改善吸附。使用密度合適的氈類(lèi)型活性炭纖維在甲苯濾芯中就足夠了。