温度对ASZM 型浸渍炭氯化氰防护时间影响研究

刘 力，周晓东，张素红，魏学青

（山西新华防化装备研究院有限公司，山西 太原 030008）

氯化氰是一种毒性很强的气体，可对眼睛或呼吸器官造成损伤[1-3]。对氯化氰防护一直都是各国研究的重点[4-5]。空气温度、测量器具、测量的重现性等诸多因素均影响测定结果[6]，而空气温度对防毒时间的影响是比较复杂的，这不仅表现在对不同种类的毒剂不尽相同，更主要的是温度和湿度错综复杂地交织在一起[7]。当空气温度变化时，空气的相对湿度和绝对湿度也都发生变化，因而在进行防毒时间测定时，装填层的湿度也发生变化，同时由于物理化学吸收过程的热效应、化学反应等所引起的温度变化，也会影响装填层湿度，从而影响浸渍炭对毒剂的防护时间。在GJB 1468A—2007 等标准中均规定需将实验结果修正至20 ℃下的防护时间[8-9]。

目前，仅有活性炭、ASC、ASC-T 等产品的温度修正公式，而无ASZM炭催化剂的温度修正公式，因此，在开展ASZM型炭催化剂对氯化氰防护性能实验时，使用ASC-T 的温度修正公式来修正ASZM对氯化氰的防护时间。因ASC-T 的实验条件不同、对氯化氰防护原理不同，二者共用一个温度修正公式不科学。

本文主要阐述了ASZM 型浸渍炭在不同温度条件下对氯化氰防护性能的研究过程，分析了测试过程引入的不确定度对测试结果的影响[10-12]，提升测量结果的准确性、可靠性[13-14]。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

主要仪器：氯化氰防毒时间测定装置，山西新华化工有限责任公司；电子天平，XS204 型，感量为0.0001 g，瑞士梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司。

主要试剂：氯化氰，≥95%；0.020 00 mol/L AgNO3标准溶液；NaOH，分析纯；无水乙醇,分析纯；酚酞，分析纯；吡啶，分析纯；硫氢化钾，分析纯；铁铵矾，分析纯；碳酸氢钠，分析纯；碘，分析纯。

1.2 实验条件

依据GJB 1468A 对浸渍炭进行预处理，选取粒径为1.0～1.25 mm 之间的浸渍炭为研究对象，然后依据如下条件开展试验：

1）氯化氰测试质量浓度：9.0 mg/L±0.9 mg/L；

2）实验温度：15～30 ℃；

3）空气相对湿度：50%±2%；增湿后，相对湿度80%±3%；

4）炭层高度：2 cm；

5）气流比速：0.25 L/（min·cm2）。

1.3 实验结果

依照上述实验条件及据GJB 1468A 标准要求，在空气湿度RH 为50%或RH 为80%条件下，开展了温度对ASZM型浸渍炭氯化氰防护时间影响研究，实验结果如图1 及表1、表2 所示。

表1 RH 为50%时温度对ASZM 型浸渍炭防护时间的影响

表2 增湿后RH 为80%时温度对ASZM 型浸渍炭防护时间的影响

从图1 中数据可知，在温度为15～18 ℃时，防护时间随温度提升而缩短，当温度在18～24 ℃期间时，防护时间与温度符合双曲线规律，约21 ℃时防护时间最长，当温度升至25 ℃以后，防护时间随温度提升而增加。其中温度为24 ℃的实验数据可能为异常数据，暂未带入相关公式的推导。

在空气相对湿度RH 为50%时，在15～18 ℃温度区间，关系式为式（1）：

式中：Q20为在温度为20 ℃时的防护时间，min；Qt为在实验温度t 下的防护时间，min；t 为实验温度，℃。

在空气相对湿度RH 为50%时，在18～24 ℃温度区间，关系式为式（2）：

在空气相对湿度RH 为50%时，在25～30 ℃区间关系式为式（3）：

在空气相对湿度RH80%时，在温度为15.2～18.0 ℃时，防护时间随温度提升而缩短，当温度在18.0～23.0 ℃时，防护时间与温度符合双曲线规律，约21 ℃时防护时间最长，当温度升至25 ℃以后，防护时间随温度提升而增加。

增湿后，在空气相对湿度RH80%时，在15～18 ℃温度区间，关系式为式（4）：

式中：Q20为在温度为20 ℃时的防护时间，min；Qt为在实验温度t 下的防护时间，min；t 为实验温度，℃。

增湿后，在空气相对湿度RH80%时，在18～23 ℃温度区间，关系式为式（5）：

增湿后，在空气相对湿度RH 为80%时，在23～30 ℃区间关系式为式（6）：

2 测量不确定度来源

根据测量过程，ASZM型浸渍炭对氯化氰防护性测量的不确定度来源如图2 所示。

图2 ASZM 型浸渍炭对氯化氰防护性能测量的不确定度来源

由图2 可知，测量不确定度来源为：样品称量引入、流量计引入、温度引入、氯化氰浓度引入及测量重复性引入。

3 测量不确定度评定[15-16]

3.1 样品称量引入的不确定度u1

3.2 温度引入的不确定度u2

3.2.1 温度计引入的不确定度u21

3.2.2 环境温度变化引入的不确定度u22

经实验可知，增湿后，在RH 为80%、实验温度约在18 ℃时的防护时间与20 ℃下的防护时间偏离最大，因此，环境温度变化引入的不确定度按公式（7）计算：

3.3 流量计引入的不确定度u3

3.4 氯化氰浓度引入的标准不确定度u4

氯化氰浓度的测量，采用化学滴定法测量，浓度测量主要引入的不确定度来源于化学吸收和转移过程以及滴定。

3.4.1 吸收和转移引入的标准不确定度u41

3.4.2 滴定过程引入的标准不确定度u42

在滴定过程中主要引入的不确定度来源于硝酸银标准溶液、量筒、滴定管。

3.5 重复测量引入的不确定度u5

本次试验中，在相对湿度RH80%，温度为27 ℃时，重复测量4 次，结果为41.11、42.2、41.43、43.17 min，样本标准偏差s=2.2%，则重复测量引入的不确定度u5为

3.6 合成不确定度评定

3.7 扩展不确定度

取k=2，则U=kuc=2×3.3%=6.6%。

4 结论

1）通过空气温度对ASZM型浸渍炭氯化氰防护时间的影响研究发现，温度对氯化氰防护时间影响显著。

2）在低温期防护时间随温度提升而降低，因氯化氰沸点为13.1 ℃，在低温期氯化氰被吸入催化剂后一部分与Cu 等活性组份发生催化反应，而一部分可能被催化剂以物理吸附方式吸附在炭内。因在低温期，进入炭内的氯化氰可能部分液化而被吸收，在物理吸附与催化反应的作用下，导致温度越低防护时间越长，当温度逐步提升，催化作用增强，而物理吸附能力减弱，从而导致防护时间在低温期至高温期间呈双曲线规律。