了解一家呼吸器制造商如何与 Haycarb 合作，获取专家建议并定制用于动力送风式呼吸器 (PAPR) 系统中 OV/AG 过滤器的活性炭样品，以期获得 NIOSH 认证。Haycarb 凭借其在空气净化活性炭领域的专业知识，提供了经过优化的活性炭样品，并针对多种气体进行了测试，以确保有效过滤并符合相关法规，从而提供可靠的呼吸防护。
动力送风式空气净化器 (PAPR) 的气体和蒸汽过滤器设计始终是一个复杂的过程，需要经过多个迭代步骤，并进行相应的测试和评估。Haycarb 在该领域拥有丰富的经验，数十年来一直为领先的个人防护装备 (PPE) 公司提供和支持高品质的椰壳活性炭。我们的化学家和工程师团队精通原型活性炭的生产流程，能够根据客户的需求和测试反馈进行生产。
一般来说，动力送风式呼吸器广泛应用于需要长时间呼吸防护的场合。其显著优势在于能够减轻佩戴者呼吸防护装备的负担，最大程度地减少呼吸阻力，并提供凉爽的气流。在某些情况下，通过使用头罩或头盔式头套，可以避免面部紧密贴合。此外，由于有多种符合相关标准的多功能设备可供选择，动力送风式呼吸器还可以与其他防护方式（例如眼部、面部、皮肤和头部防护）相结合。
动力送风式呼吸器（PAPR，有时也称为动力呼吸器）的使用近年来大幅扩展，广泛应用于金属（冶炼、精炼、焊接等）、制药、化学加工、喷漆和表面处理、石棉和霉菌清除、农业等众多行业。在大多数国家，如果要在工作场所使用动力送风式呼吸器，则需要获得认可的国家或国际标准的认证。其中最知名的标准包括美国国家职业安全与健康研究所 (NIOSH) 的标准（通过 42CFR84 颁布）以及欧洲标准 EN12941 和 EN12942。
与负压呼吸器标准类似，实际的过滤元件也有相应的要求，这些元件通常是可更换的备件。首先，它们可以分为颗粒过滤器、气体/蒸汽过滤器或组合过滤器（兼具两种过滤模式）。气体和蒸汽过滤器常用的滤材是活性炭。此外，气体和蒸汽过滤器还根据其旨在去除的气体类型进行分类。例如，42CFR84 中定义的过滤器类型包括 OV（有机蒸汽）和 AG（酸性气体），欧洲标准中则有常见的 A、B、E 和 K 型过滤器。OV 或 A 型过滤器需要高比表面积的活性炭基材，通常为椰壳炭，而其他类型的过滤器则需要浸渍处理，以便在使用过程中滤床内发生化学吸附作用。
在任何动力呼吸器设计中，过滤器的研发都是至关重要的环节。它与鼓风机、电池、头罩以及任何软管或阀门系统一起，构成系统的主要组成部分之一。系统的性能取决于在使用期间始终向头罩输送正确的气流，制造商必须确保其系统在设计使用寿命内都能持续提供这种气流。有些系统采用响应式设计，能够根据佩戴者的呼吸模式按需供气。在所有情况下，过滤器都是系统中的阻力元件，因此必须非常精确地匹配压降，以确保鼓风机能够提供正确的气流。过滤器的阻力越大，鼓风机所需的功率就越高，这会导致额外的重量，尤其是电池的重量。
过滤器去除有害气体和蒸汽的能力也必须按照标准进行测试。过滤器的使用寿命有明确的最低要求，该要求需针对代表性的气体测试化学品进行验证。通常，过滤器的过滤能力需要在系统流量下进行测试，而系统流量需要预先确定。
一旦系统流量确定，即可确定过滤器的测试流量（流量需分配给系统中的过滤器数量，通常为 1-3 个）。过滤器的类型分类由设计者决定，他们会根据目标市场选择合适的分类。
最终的决定因素是过滤器的等级，它是衡量过滤器容量的指标。欧洲标准中有三个容量等级（1、2 和 3，按气体容量递增顺序排列），需要注意的是，这些等级的定义与负压标准（例如 EN14387）中的等级定义不同。过滤器的容量等级越高，在给定的污染物浓度下，过滤器的使用寿命就越长，但过滤器和系统的重量也会相应增加。
一位代表呼吸器制造商的过滤器设计师联系我们，希望为其动力呼吸器系统中的 OV/AG（有机蒸气/酸性气体）过滤器获取碳材料建议及样品，该呼吸器系统计划通过 NIOSH 认证。我们通过以下关键步骤成功协助他们完成了这一过程：
首先，我们根据所需的流量和过滤器类型，对所需滤床的体积进行了粗略计算。这是基于内部数据和经验得出的结论。
过滤器设计者通常会制作快速原型过滤器本体，并填充活性炭，不过也可以在我们自己的实验室中使用可填充活性炭容器进行一定程度的检查。
下一阶段是确定潜在的碳材料粒度规格。需要注意的是，碳的目数越小，污染物吸附效率越高，但同时压降也会升高。在动力呼吸器系统中，实现二者之间的恰当平衡尤为关键。此工作可通过提供 2-3 种不同粒度范围的基础碳材料来更经济地完成，制造商随后可据此测试压降与系统流量。试验结果可通过外推得出理想的碳目数范围。由于浸渍处理不会显著影响压降，因此现阶段无需生产浸渍炭。
初步选定网孔尺寸后，即可进行原型浸渍。之后，可在实验室中使用可重复充装的容器，并在计算出的流速下进行测试，以模拟最终过滤器中预期的停留时间，从而检验其大致的预期气体寿命。或者，如果已有原型过滤器本体，则可直接使用它们来检验实际过滤器的性能，前提是确保过滤器在所有接缝和连接点处均密封良好。
在这种情况下，填充方法至关重要，必须确保活性炭填充完全平整，没有空隙或通道。其他方法包括振动填充或“暴风雪式填充”。此外，还需要一定的压缩措施，以确保活性炭床牢固地固定在过滤器中。使用原型过滤器的好处在于，过滤器内的气流模式能够准确地反映最终设计，并考虑到任何盲区或固有的气流限制。过滤器床和连接点之间的静压箱设计在此会产生显著影响。
一旦原型过滤器本体到位，即可检验其对各种气体的性能。本案例中，客户要求进行OV/AG分类，因此过滤器必须接受环己烷以及氯气和二氧化硫等典型酸性气体的测试。由于需要获得NIOSH认证，因此部分测试前必须对过滤器进行加湿处理，而这对于OV测试而言，始终是最不利的情况。
初步反馈表明，氧空位性能将远低于要求，但同时也发现其对氯气和二氧化硫的吸附能力过剩。在这种情况下，性能和吸附能力需要权衡，因此我们能够在实验室快速制备新的原型碳材料。通过减少浸渍剂的用量，我们提高了氧空位性能，同时降低了酸性气体的吸附能力。经过两轮这样的测试，最终获得了适用于该应用的理想碳材料。
在其他类似情况下，可能需要调整碳的活性水平、改变其表面化学性质，或改变多气体过滤器中使用的不同浸渍剂的相对含量。在所有这些情况下，我们快速制备实验室规模样品的能力将为设计人员提供帮助。
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