伊兴渤++代林彬++汪洋++沈继伟

[摘 要]分析了国内外过滤式自救器的现状，提出4A型分子筛应用于过滤式自救器的构想，并从理论上加以验证。

[关键词]过滤式自救器 触媒 4A型分子筛 有效孔径

中图分类号：TD77 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）07-0158-01

Idea of Zeolite 4A Used in Mine Filter Self Rescuer

Yi XingBo Dai LinBin WangYang Shen JiWei

（Chongqing branch of chinese coal research institute ， Chongqing 400700 P.R.China ）

1.國内外过滤式自救器的现状

国外许多国家（如美国、前苏联、澳大利亚等）的煤矿已不再使用过滤式自救器而改用氧气自救器（包括化学氧与压缩氧自救器），只有德国仍保留过滤式自救器，并继续完善提高。目前根据我国的国情还做不到用氧气自救器全部取代过滤式自救器，兼之其重量轻携带方便，在一部分矿井仍需装备过滤式自救器，故对过滤式自救器进一步的研究是必要的。

2.过滤式自救器存在的问题

2.1 防护气体单一

目前国外不再使用过滤式自救器一个最主要的原因是不能防护除CO以外的其他毒气，例如由塑料制品燃烧产生的毒气和矿井中存在的其他毒气SO2、H2S等。

2.2 触媒强度不高

触媒的强度是影响过滤式自救器携带寿命的主要因素，现在国内对提高触媒强度的主要措施是在触媒粉末成型前加入合适粘结剂，经挤条、干燥、煅烧、活化制成触媒。携带寿命达到5年是可能的。而德国的霍加拉特触媒强度高，自救器携带寿命平均能达到8年。

2.3 使用条件苛刻

过滤式自救器不能防护缺氧情况，只允许在大气氧浓度不低于17%时使用；触媒在湿度大的情况下极易水汽中毒，降低过滤能力。根据这一情况国外研制了憎水处理贵金属触媒，效果虽好，但成本过高没有推广。

3.4A型沸石分子筛过滤气体的机理

3.1 煤矿井下的主要气体

煤矿井下大气中含有甲烷、水、二氧化碳、一氧化碳和硫化氢。甲烷：分子式CH4，含有4个对称的C-H键，无极性分子，分子直径4.14。水：分子式H2O，极性分子，分子直径2.76。二氧化碳：分子式CO2，非极性分子，分子直径3.3。硫化氢和一氧化碳均为极性分子。

3.2 4A型沸石分子筛的结构机理

A型分子筛的结构类似于氯化钠晶体结构，若将氯化钠晶体结构中的钠离子和氯离子全部换成β笼，并且相邻的两个β笼之间通过四元环用四个氧桥相互连接起来，这样就形成了A型分子筛的晶体结构。八个β笼相互连接后，在它们当中又形成了一个大的笼，也就是α笼，这就是A型沸石的主晶穴，α笼与α笼通过八个元环相互连通，八元环是A型沸石的主晶孔。从每个主晶孔中心沿晶轴方向与主晶孔的中心作连线，就得到A型分子筛的孔道。这些孔道沿轴的各个方向相互贯通，其有效孔径为4.2。A型分子筛的理想晶胞组成为Na96（Al96Si96O384）.216H2O。

A型分子筛的理想晶胞相当于八个β笼，八个β笼还包含八个α笼和24个立方体笼，因此A型沸石分子筛相当于八个α笼和24个立方体笼，由于A型沸石分子筛中的硅铝原子比1：1，晶胞中的八个β笼完全一致，因此一个β笼可看作一个晶胞。八元环上分布的钠离子偏向一边，挡住了元环的一部分，其有效孔径为4，所以把NaA型沸石分子筛称为4A型分子筛。

3.3 4A型沸石分子筛过滤井下气体的原理

4A型沸石分子筛是多孔道的晶体结构，其孔道均匀，排列整齐，孔道的有效直径为4，能使分子直径小的气体分子顺利通过。4A型沸石分子筛内部有强大的库伦场和极性作用，使通过分子筛内部晶穴的分子受到库伦场的作用，使极性分子液化的趋势更为强烈，因此4A型沸石分子筛不仅有筛分分子的作用，而且具有吸附的作用。

由煤矿井下气体成份的分析和4A型沸石分子筛的性质可知，甲烷的分子直径为4.14，比分子筛的孔径大被挡在外面，起到筛分的作用。水、一氧化碳和硫化氢的分子直径虽小于4A型沸石分子筛的孔径，但它们是较强的极性分子，分子筛中强大的库伦场使这些分子不能通过沸石晶穴内部。二氧化碳分子直径虽小于4A型沸石分子筛的孔径，又是非极性分子，由于C-0是极性共价键是可极化基因，同样能与沸石表明发生强烈作用，从而被吸附。

4.结语

4A型沸石分子筛的应用不仅较好地解决了过滤式自救器防护气体单一、触媒强度不高、使用条件苛刻等问题，而且使用后可以再生，大大降低过滤式自救器的使用成本。从理论上也验证了4A型沸石分子筛应用于过滤式呼吸器构想的可行性，今后可以考虑其他型分子筛应用于消防过滤式自救器的过滤装置和光干涉甲烷测定仪的气体分离。

参考文献

[1] 施申忠.国内外CO氧化触媒的研究动向[J].煤矿安全.2002，4：36～38

[2] GA209-1999.消防过滤式自救呼吸器.中华人民共和国公共安全行业标准.[Abstract]The paper analyze the actuality of mine filter self rescuer at home and abroad. We put forward the idea of zeolite 4A used in mine filter self rescuer and validate it theoretically

[Key words]mine filter self rescuer；accelerant；zeolite 4A；valid aperture