DE3310117A1

DE3310117A1 - Verfahren zur photochemischen entseuchung

Info

Publication number: DE3310117A1
Application number: DE19833310117
Authority: DE
Inventors: Keith Boyer
Original assignee: Maxwell Laboratories Inc
Current assignee: Maxwell Technologies Inc
Priority date: 1982-04-05
Filing date: 1983-03-21
Publication date: 1983-10-06
Also published as: FR2524316B1; GB2118028A; CA1201865A; GB8307747D0; GB2118028B; FR2524316A1

Description

Verfahren zur phötochemischen Entseuchung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entseuchung, insbesondere zur photochemischen Entfernung von chemischen Kampfstoffen und anderen Verseuchungsstoffen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gebiet, in welchem große Flächen durch ein oder mehrere chemische Kampfstoffe verseucht sind. Bislang sind noch keine sicheren und wirtschaftlichen Mittel zur Entseuchung großer Flächen von einer großen Mannigfaltigkeit an chemischen Kampfstoffen bekannt. "Entseuchung" wie hier verwendet, bedeutet Detoxikation, Säuberung, und andere Verfahren, durch welche ein chemisches Mittel entfernt oder seine schädlichen Eigenschaften neutralisiert werden.

Ein Verfahren zur Entseuchung dieser Gebiete beinhaltet das Identifizieren der Zusammensetzung des chemischen Kampfstoffes und danach das Einsetzen eines zweiten chemischen Stoffes zur Neutralisierung des chemischen Kampfstoffes. Aus dieser Lösung ergeben sich mehrere Nachteile. Der eine Nachteil ist die Zeit, die dazu gebrauch' wird, den chemischen Kampfstoff zu untersuchen. Diese benötigte Zeit bedeutet eine größere Aussetzung der Menschen in dem verseuchten Gebiet, besonders derjenigen, die mit diesen Stoffen umgehen zur Untersuchung derselben, und den Verlust der verseuchten Einrichtungen, war^; auch immer ihr Zweck sein mag. Dieser Nachteil wird noch größer, wenn mehr als ein chemischer Kampfstoff verwendet wurde und also /.1^ verschiedene Untersuchungen erforderlich sind. -'Cj'

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Ein weiterer Nachteil betrifft die Vollständigkeit der Entseuchung. Es kann sich als unmöglich erweisen, einen Zusatz anzuwenden, der die Verseuchungsstoffe völlig neutralisiert oder entfernt.

Schließlich ergibt sich noch die Frage, wie die mehr oder weniger neutralisierte Verseuchungsstoff/Zusatz-Verbindung von der betroffenen Flache entfernt wird und was mit den Abfallprodukten geschieht Es darf nicht außer Acht gelassen werden, daß selbst wenn das Abfall produkt nicht so giftig ist wie der ursprüngliche Kampfstoff, so ist er doch noch alles andere als unschädlich.

Eine andere Lösung zur Entseuchung besteht darin, eine Fläche mit Strahlen hoher Intensität zu bestrahlen, wobei diese Strahlen üblicherweise eine kurze Wellenlänge haben. Die photochemische Entseuchung wurde in mehreren bestimmten Anmeldungen beschrieben. Vig., et al, U.S.-Patent Nr. 4,208,135 beschreibt ein Verfahren zur Entfernung von Verseuchungsstoffen von Flächen, in welchem die Fläche und die umgebende Luft vorgesäubert werden und danach die Fläche mit einer kurzwelligen Ultraviolettstrahlung in Anwesenheit von Sauerstoff bestrahlt wird. Kurzwellige UV-Strahlung befindet sich üblicherweise in dem Wellenlängenbereich von 1.700 Rngström - 3000 A Di Vita, et al, U.S. Patent Nr. 4,028,080 beschreibt ein ähnliches Verfahren zur Säuberung von optischen Fasern.

Ein Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß einige chemische Kampfstoffe, sowie andere chemische Stoffe, nur im fernen Vakuum-UV-Bereich die Strahlung stark absorbieren, d.h. unter 2OOO R. Die Vakuum-UV-Strahlung wird stark von der Luft absorbiert, so daß die ·■

Strahlung solcher Gegenden einen luftleeren Raum benötigt. Es ist jedoch im allgemeinen nicht zweckmäßig, eine entseuchungsbedürftige Fläche in einen luftleeren Raum zu stecken. Außerdem wird eine ferne Vakuum-UV-Strahlung nicht durch preiswerte Strahlungsquellen hoher Intensität erzeugt. Wird eine Strahlung mit einer längeren Wellenlänge verwendet, wird der Großteil der Strahlungsenergie in den chemischen Kampfstoff eindringen und kann somit die zu entseuchende Fläche beschädigen oder vernichten. Eine großflächige Entseuchung von mit solchen chemischen Kampfstoffen verseuchten Gebieten ist also mit den herkömmlichen Verfahren nicht durchführbar.

Aufgabe der Erfindung ist es also, ein verbessertes Entseuchungsverfahren zu schaffen, das für Schadstoffe verwendbar ist, die optische Frequenzen nicht stark absorbieren, die durch leicht verfügbare Strahlungsquellen erzeugt werden.

Erfindungsgemäß verwendet ein verbessertes Entseuchungsverfahren einen chemischen Zusatz, der größere Wellenlängen als die der Vakuum-UV-Strahlung absorbieren. Der Zusatz kann dem Verseuchungsstoff beigemischt werden, oder alternativ hierzu, auf den Verseuchungsstoff und in Kontakt mit ihm angebracht werden. Die kombinierte chemische Verbindung wird dann einer Strahlung hoher Intensität ausgesetzt, deren Frequenzbereich so lange stark vom Zusatz absorbiert wird, bis der Verseuchungsstoff vernichtet, verwandelt oder durch Verdunstung, Zersetzung oder einen anderen Verwandlungsprozeß entfernt wurde. Ein Laser oder eine Blitzlampe können zur Erzeugung der Strahlung hoher Intensität verwendet K werden.

Die Erfindung, besonders in ihrer bevorzugten Ausführung, bietet wesentliche Vorteile an gegenüber der bislang bekannten Entseuchungsverfahren. Para-Aminobenzoesäure (PABA), der bevorzugte Zusatz, ist preiswert und unschädlich, so daß sie leicht und schnell auf großen Flächen angewendet werden kann. PABA kann in einem Aerosolbehälter oder in einer anderen Sprühüackung untergebracht werden, um zweckmäßig auf ein verseuchtes Gebiet angewendet zu werden. Die bevorzugten Strahlungsquellen können große Gebiete in verhältnismäßig kurzer Zeit bestrahlen. So sind die Menschen in den verseuchten Gebieten nicht so lange den chemischen Kampfstoffen ausgesetzt, und verseuchte Vorrichtungen werden schneller wieder in Stand gesetzt. Eine Untersuchung des Verseuchungsstoffes ist im allgemeinen nicht erforderlich. Der Zusatz schützt außerdem die Fläche vor eventueller von der Strahlung verursachter Beschädigung genauso wie PABA die menschliche Haut vor den schädlichen Wirkungen des Sonnenlichtes schützt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird üblicherweise der Verseuchungsstoff in harmlose Bestandteile zersetzt, die dann in sicherer Weise zusammen mit dem PABA verdunsten, so daß eine weitere Flächensäuberung sich erübrigt.

In Fällen, in welchen ein Verseuchungsstoff nicht leicht und schnell durch Strahlung vernichtet, verwandelt oder entfernt werden kann, weil der Verseucfiungsstoff die Strahlung von schnell verfügbaren Quellen nicht stark absorbiert, sollte ein chemischer Zusatz, der von der von einer schnell verfügbaren Quelle erzeugten Strahlung stark absorbiert wird, dem Verseuchungsstoff beigefügt werden. Die so erhaltene Verseuchunqsstoff/Zusatz-Verbindung kann durch Strahlen bestrahlt werden, die vom Zusatz bis zur vollständigen Ent-

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seuchung absorbiert werden. Der Verseuchungsstoff kann sowohl ein chemischer Belag oder eine chemische dünne Schicht auf einer Fläche bilden, als auch eine andere Form haben.

Der Verseuchungsstoff kann ein chemischer Kampfstoff oder jede andere Substanz sein, die man entfernen, verwandeln.oder vernichten will. Der Zusatz absorbiert die Strahlungsmerkmale einer vorbestimmten Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle kann einen schmalen Frequenzbereich, wie beim Laser, oder einen breiten Frequenzbereich, wie bei der Blitzlampe, aufweisen.

Der Zusatz kann dem Verseuchungsstoff beigemischt, über den Verseuchungsstoff gelegt oder auf eine andere Weise angeordnet werden, so daß zwischen dem Zusatz und dem Schadstoff eine Energieübertragung stattfinden kann. Die Übertragung kann durch Wärmeleitung erfolgen. Genauer gesagt können die vom Zusatz absorbierten Strahlen in eine Wärmebewegung des Zusatzes umgewandelt werden. Molekulare Zusammenstöße zwischen dem Zusatz und dem Verseuchungsstoff führen dann zu einer Wärmebewegung des Verseuchungsstoffes.

Andere Energieübertragungsmechanismen sind für bestimmte Verseu-

chungsstoffe geeignet. Die Strahlen können z.B. eine Schwingung oder eine elektronische Erregung des Zusatzes erzeugen. Die gespeicherte Energie kann durch Rückkopplungsstrahlung oder durch Zusammenstöße der Verseuchungsstoffmolekülen übertragen werden.

Je nach Art des Verseuchungsstoffes kann die Energieübertragung/^**

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die Entseuchung auf mannigfaltige Weisen durchführen. Wärmeenergie kann die Verdunstung des Schadstoffes zur Folge haben. Die Wärme kann auch zur Zersetzung des Verseuchungsstoffes führen. Wärme oder Elektronenanregung können zur Ionisierung des Schadstoffes führen. Die ionisierten Verseuchungsstoffmolekülen können sich mit anderen chemischen Stoffen verbinden, so daß die schädlichen Eigenschaften des Schadstoffes neutralisiert werden.. Die neutralisierenden Verseuchungsstoffe können mit dem Zusatz versehen werden.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die PABA-Lösung gegen einen chemischen Kampfstoff angewendet. PABA-Lösungen absorbierer die Strahlung in dem nahen UV-Bereich und reagieren so auf viele Strahlungsquellen hoher Intensität. Die chemische Kampfstoff/PABA-Verbindung kann durch eine Strahlungsquelle hoher Intensität bestrahlt werden. Die Strahlungsquelle kann ein Laser sein, z.B. ein chemischer excimer, Färb- oder N.-Laser. Eine Hochleistungs-Xenonblitzlampe oder eine andere inkoherente Blitzlampe können auch zur Strahlung der chemischen Verbindung verwendet werden. Wenn die Strahlen absorbiert sind, entsteht eine Energieübertragung auf den chemischen Kampfstoff, die zu dessen Entfernung führt.

PABA ist besonders gut für eine Entseuchung mit einer Blitzlampe, z.B. einer Xenonblitzlampe geeignet. PABA, das häufig in Sonnenschutz zum Schutz der menschlichen Haut gegen die UV-Strahlen der Sonne verwendet wird, ist überall und in großen Mengen erhältlich und ist unschädlich. PABA absorbiert die UV-Strahlen über ein breites Gebiet des nahen UV-Bereiches. Es ist daher ein siehe-

rer und erhältlicher chemischer Stoff, der ein wirksames Strahlenabsorptionsmittel in dem Frequenzbereich einer Blitzlampe ist.

PABA ist ebenfalls dazu geeignet, die Strahlen bestimmter Laser zu absorbieren. Bestimmte Zusätze können jedoch im engen Bereich eines bestimmten Lasers wirksamere Energieabsorptionsmittel sein. Ferrocin z.B. kann als Zusatz im Zusammenhang mit einem Argon-Fluorid-Laser verwendet werden.

Zur Abschätzung der Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden Versuche durchgeführt. PABA-Lösung und Malathion wurden in einem Reagenzglas gemischt und dann auf Glasscheiben aufgetragen. Malathion ist den chemischen Kampfstoffen sehr ähnlich, d.h. es verhält sich physisch und chemisch wie viele der als chemische Kampfstoffe entwickelten chemischen Stoffe. Nach Verdunstung der Lösemittel, blieb auf den Scheiben ein Rückstand zurück. Diese Scheiben wurden dann mit KrF Laserstrahlung bestraht (248 nm). Der Rückstand wurde somit vollständig von der bestrahlten Fläche entfernt. Die Entfernung war auch dann vollständig, wenn ähnliche Schei ben mit einer Flashblaster-Lampe bestrahlt wurden. (Flashblaster ist eine Hochleistungsimpuls-Xenonblitzlampe, die von Maxwell Laboratories entwickelt wurde).

In einer Reihe von Kontrollproben wurde die PABA-Lösung auf eine Scheibe aufgetragen. PABA wurde vollständig von den bestrahlten ^v Zonen der Scheiben entfernt, wenn diese entweder mit einem KrF-Laser oder mit einer Flashblaster-Lampe bestrahlt wurden. In einer zweiten Reihe von Gegenproben wurde Malathion auf die Glasscheiben

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aufgetrafen. Der Malathion-Rückstand wurde nicht entfernt, wenn die Strahlung mit einer der beiden Strahlungsquellen erfolgte. Diese Versuche beweisen, daß das erfindungsgemäße Verfahren mit preiswerten Strahlungsquellen Verseuchungen zu entfernen erlaubt, die nicht immer leicht zu entfernen sind.

Gemäß der vorstehend ausgeführten Beschreibung wird ein Verfahren offenbart, das die photochemische Entfernung von Verseuchungsstoffen erlaubt. Es ist offensichtlich, daß alternative chemische Stoffe verwendet werden können. Die chemischen Stoffe können Strahlen im nahen UV-Bereich oder in einem anderen Teilbereich absorbieren, in denen die Strahlungsquellen hoher Intensität preiswert und einfach zu handhaben sind. Abgewandelte Ausführungen sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung enthalten.

Claims

Patentansprüche :

J. Entseuchungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß einem Verseuchungsstoff ein chemischer Zusatz in innigem Kontakt zugesetzt wird, wobei dieser chemische Zusatz die Strahlen eines bestimmten Frequenzbereiches aufnimmt, und daß die sich daraus ergebende Verseuchungsstoff/Zusatz-Verbindung mit Strahlen des vorbestimmten Frequenzbereiches so lange bestrahlt wixd, bis die Entseuchung vollständig ist.
2. Verfahren zur Entfernung eines Schadstoffes von einer Fläche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verseuchungsstoff ein chemischer Zusatz zugesetzt wird, wobei dieser chemische Zusatz die Strahlen eines bestimmten Frequenzbereiches aufnimmt, und daß die Verseuchungsstoff/Zusatz-Verbindung mit Strahlen des vorbestimmten Frequenzbereiches so lange bestrahlt wird, bis die Fläche von dem Schadstoff völlig befreit ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,,dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz die Strahlen des nahen UV-Bereiches absorbiert.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz Paraaminobenzoesäure enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung durch ein Lasersystem erfolgt. "\
6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung durch eine Blitzlampe erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung durch eine Strahlungs-Xenonblitzlampe erfolgt.
8. Verfahren zur Vernichtung eines ersten chemischen Stoffes, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter chemischer Stoff diesem ersten beigemischt wird, wobei der zweite chemische Stoff die Strahlen eines bestimmten Frequenzbereiches absorbiert, und daß die Mischung den Strahlen dieses bestimmten Frequenzbereiches ausgesetzt ist, so daß der erste chemische Stoff durch die durch die Absorption der Strahlen durch den zweiten chemischen Stoff entstandene Wärme vernichtet wird.
9. Verfahren zur Vernichtung eines ersten chemischen Stoffes, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht des zweiten chemischen Stoffes dem ersten auferlegt wird, wobei der zweite chemische Stoff Strahlen eines bestimmten Frequenzbereiches absorbiert und daß die Mischung den Strahlen dieses bestimmten Frequenzbereiches ausgesetzt ist, bis der erste chemische Stoff durch* die durch die Absorption der Strahlen durch den zweiten chemischen Stoff entstandene Wärme vernichtet wird.