專利名稱：活性氧化蒸氣處理系統和方法
技術領域：
本發明涉及利用高活性氧化劑蒸氣對物體進行處理的技術。本發明尤其可與對諸如糜爛性毒氣(例如，芥子氣)、乙酰膽堿酯酶抑制劑(例如，神經毒氣)、和生物毒素(例如，肉毒桿菌毒素)的生化戰爭用試劑進行失活處理結合使用，本文將具體參考其進行描述。然而，應該知道，本發明也可與對其他物質的氧化結合使用。
背景技術：
目前已經開發出能使生物戰爭用試劑失活的液體氧化劑。例如，參見，授予Wagner等人的美國專利第6，245，957號。在Wagner的專利中，強氧化劑溶液以液體或泡沫形式被噴灑到位于可能或已經被生化戰爭用試劑所污染的戰場中的裝置上。經過處理之后，用水將溶液從裝置上沖洗下來，由于該溶液是沒有毒性的，因而可允許其在地面上流動。雖然Wagner溶液比較有效，但它具有以下缺點。第一，液體難以滲入縫隙、細微裂紋、導管、以及部分受保護或搭接的部件。第二，在封閉空間中，例如，飛機和建筑物的內部，對液體溶液的清除和處理可能成為問題。第三，液體可能損壞某些裝置，例如電子或電氣裝置。
本申請將氣相強氧化劑輸送到待去污的表面上，以促進滲透和清除。
發明內容
根據本發明的一個方面，通過氣相氧化劑的氧化使生化戰爭用試劑殘留物失活。
根據本發明的另一方面，提供了一種利用氧化劑蒸氣來氧化生化戰爭用試劑的裝置。
本發明的一個優點在于其促進了滲透。
本發明的另一優點在于其易于清除。
另一優點在于與電氣裝置相容。
通過閱讀和理解以下對優選實施例的詳細描述，本發明的進一步的優點將對本領域技術人員變得顯而易見。
本發明可采取不同的部件和部件排列方式，以及不同的步驟和步驟排列方式。附圖的目的僅為解釋優選實施例，不應被認為對本發明進行限定。
圖1為根據本發明的氣相強氧化劑處理系統的示意圖；圖2為氧化劑蒸氣處理系統的可替換具體實施例；圖3為氧化劑蒸氣處理系統的另一具體實施例；以及圖4為氧化劑蒸氣處理系統的又一具體實施例。
具體實施例方式
參照圖1，處理箱10裝有，或其自身就是可能被諸如生物或化學戰爭用試劑的生物活性物質所污染的結構的一部分，以利用氣體氧化劑化合物對其進行處理。典型的生物活性物質包括病原體、生物毒素、朊病毒、諸如神經毒氣或糜爛性毒氣這樣的化學試劑，等等。在一個實施例中，該處理箱(enclosure)是用于接收將要進行處理并將其密封的物體的容器。在另一實施例中，該處理箱包括倉庫、房間、航空器或其他交通工具、帳篷、或類似空間的內部結構，該內部結構或其表面或處理箱中包含的物體將要進行處理。
戰爭用試劑氧化裝置A包括泵12，其將處理箱中的環境氣體(通常為空氣)通過用來阻止容器內的污染物脫逸的可選生化危害物過濾器14或其他裝置，并通過干燥器16抽出。在過氧化氫優選實施例中，干燥器還包括催化劑，該催化劑將過氧化氫蒸氣分解被干燥器所去除的水。鼓風機將經過過濾和干燥的空氣吹入蒸發器18中，該蒸發器使來自于液體氧化劑供應源20的液體氧化劑化合物氣化。將氣化得到的蒸氣通過用來阻止處理箱中的污染物脫逸的另一可選生物污染物過濾器22或其他裝置吹入到室10中。可選地，使蒸發器的輸出分流，或將其輸出輸送到支管中，該支管從多個位置將氧化劑蒸氣輸送到處理箱中。可選地，附加的風扇或鼓風機24安放在處理箱中，以使蒸氣循環，并提高蒸氣濃度和分布的均勻性。優選的氧化劑液體包括諸如過氧化氫和過乙酸的過氧化合物。其他的諸如次氯酸鹽、臭氧溶液、或類似試劑的其他氧化劑的使用也可以考慮。可選地，氧化劑化合物與酒精相混合，以生成用作助溶劑的酒精蒸氣。如果被污染結構的材料允許，優選將該結構的溫度升至70℃，這使得試劑能從材料上提取出來，并促進其與氧化劑蒸氣的反應。而且，較高的溫度使得氧化劑蒸氣具有較高的濃度，而不會產生冷凝問題。當然，當涉及塑料或對溫度敏感的電子裝置時，溫度優選為45℃-60℃。
在圖1所示的實施例中，化學輸送裝置系統B將氣態、薄霧狀、或灰霧狀的其他化學物質直接輸送到處理箱10中。該輸送裝置B包括其他化學物質蒸氣、薄霧、或灰霧的物質源42。在一個實施例中，其他化學物質輸送系統包括過濾器、鼓風機、和蒸發器，這些與對氧化劑蒸氣的描述相類似。在另一實施例中，使用噴霧嘴或噴霧器將液體化學物質直接噴入處理箱中。在又一實施例中，提供了其他氣態化學物質的貯藏器或氣缸。
在一個實施例中，其他化學物質被選擇以用來(1)將氧化劑蒸氣活化至較高的氧化勢；(2)增加反應物種的數目和多樣性；(3)對目標物質進行預處理，使其易于受氧化劑蒸氣的攻擊；或者(4)與氧化劑蒸氣發生發應，以形成對所有的或某些目標物質進行攻擊的中間化合物。在一個優選實施例中，氧化劑蒸氣為濃度為25-75％的過氧化氫，優選為50％左右。在一個實施例中，其他化學物質包括短鏈烯烴和水蒸氣，其與過氧化氫發生反應，以形成多個基團種類，例如單態配對氧(單態氧)、甲基(CH3-)、羥基(OH-)、過氧羥基(OOH-)、以及其他基團。或者，其他輸送系統可將臭氧、醛、過氧羧酸、或類似物質以氣態、薄霧、或灰霧形式輸送到室中。可選地，除化學輸送系統之外，可使用UV光源，或用UV光源代替該化學輸送系統，以增加反應物種。
在另一實施例中，其他化學物質包括可壓縮的溶劑蒸氣、薄霧、或灰霧，其可與水相混合，并產生極性降低的溶液，該溶液在目標物質上冷凝。合適的溶劑包括叔丁醇(tBuOH)、甲酸、過乙酸、其他的醇、丙酮、或亞硝酸乙酰酯。
在另一實施例中，其他化學物質對pH進行調節。為了降低pH，優選為乙酸或甲酸。升高pH優選使用氨。通常，強氧化劑具有較低的pH，最好將其升至接近中性。
雖然圖1中僅示出了一種單個的其他化學物質輸送系統，但應該理解，可提供各自的輸送系統以用于各種上述其他化學物質。
控制器34對其他化學物質輸送系統或裝置B和過氧蒸氣輸送系統或裝置A進行控制。在一個實施例中，過氧蒸氣和其他化學物質被同時輸送到處理箱中。在另一實施例中，將其他化學物質首先加入到處理箱中，以對生物活性物質進行預處理。舉例來說，注入助溶劑蒸氣，使其在過氧化氫之前冷凝，以部分地溶解或相反處理生物活性物質，這些活性物質不溶于氧化劑蒸氣中，更易于被所考慮的氧化劑蒸氣所滲透。在另一實施例中，首先將氧化劑蒸氣加入到處理箱中，以建立平衡，然后開始使更易于氧化的生物活性物質失活。然后，加入其他化學物質，以促進氧化劑蒸氣的反應性，或產生中間蒸氣化合物以攻擊剩余的生物活性物質。
參照圖2，鼓風機12a通過諸如過濾器或閥門的生物活性物質釋放抑制裝置14a，和干燥器16a，將大氣從處理箱10a中抽出。該鼓風機吹動大氣穿過蒸發器18a，該蒸發器使來自物質源20a的過氧液、優選是過氧化氫氣化。將過氧蒸氣傳送到混合室40a，在該混合室中，其他化學物質輸送裝置B將過氧蒸氣與來自物質源42的其他化學物質相混合。在一個實施例中，該混合室將水蒸氣和短鏈烯烴蒸氣、醛蒸氣、過氧羧酸蒸氣、或類似物質與過氧蒸氣加合，以形成單態氧、過氧化氫、和其他的反應基團。在其他實施例中，溶劑或pH調節化合物與氧化劑蒸氣在混合室40a中混合。或者，其他化學物質與過氧蒸氣發生發應，以形成如上所述的中間化合物。將經過改性的蒸氣通過諸如過濾器或止回閥的生物活性物質脫逸抑制裝置22a進入到處理箱10a中。裝置14a和22a阻止處理箱中的污染物遷徙到蒸氣輸送系統的管道中。可選地，另一化學物質輸送系統B′將如上所述的預處理蒸氣、薄霧、灰霧、氨氣、或溶劑蒸氣直接輸送到處理器或混合室40a中。
參照圖3的實施例，鼓風機12b將大氣從處理箱10b吹過氧化劑蒸氣裝置A的蒸發器18b。蒸發器的輸出在第一通道50和第二通道52之間分離，其中，第一通道將蒸氣直接輸送到處理箱10b中，第二通道將蒸氣通過其他化學物質輸送裝置B的混合室40b輸送到處理箱10b中。管道50和52中的閥門56、54由控制系統34b進行控制，該控制系統用于動態地調節通過混合室的氧化劑蒸氣的比例，來控制引入到該室中的氣態其他化學物質的量。
參照圖4，鼓風機12c通過過濾器14c鼓入大氣，并將其吹入蒸發器18c中。蒸發器18c與氧化劑液體物質源20c和至少一個附加的其他化學物質源42c相連。氧化劑液體和其他化學物質在蒸發器中同時或先后被氣化并輸送到處理箱10c中。或者，一種或多種其他化學物質以氣體形式輸送到蒸發器中，并與氧化劑和其他化學蒸氣相混合。來自于處理箱的空氣可以開始的三個實施例中所描述的那樣進行再循環。然而，在所示的實施例中，空氣和蒸氣通過該室進入到氧化劑和諸如催化劑這樣的其他化學物質去活化劑16c，然后通過生物過濾器22c吹入到大氣中。可選地，圖1、圖2、和圖3的實施例也可以這種流通結構進行配置。
對多種用于將氧化劑蒸氣活化至高氧化態的化學反應進行了考慮。舉例來說，注意過氧化氫，過氧化氫離子HOO-和單態氧1O2都是有效的氧化劑。可利用氣相輸送來輸送類似的物種和其他有效的氧化劑。簡而言之，當過氧化氫與表面接觸時，其將足夠的能量傳送到過氧化氫分子，用于將過氧化氫分子分解為羥基(氫氧根)。例如，，
其中M表示與生物活性物質、壁、其他物體、其他分子等等的碰撞。氫氧根(羥基)可通過與過氧化氫和水蒸氣的相互作用，繼續形成其他更多的反應基團。
羥基HO-、過氧羥基HOO-、和單態氧1O2都是有效的氧化劑，都以一定程度存在于過氧化氫蒸氣中。所有的這些基團都用來使包括乙酰膽堿酯酶抑制劑(VX，沙林等)、糜爛性毒氣(芥子氣等)、和生物毒素(肉毒桿菌毒素等)、生物分子、病原體、朊病毒、和其他類似的生物活性分子失活。
除了基團生成步驟之外，過氧化氫可溶解于或吸附于生物活性物質之上/之中(即，溶解于液滴之中，或者吸附到固體顆粒之上)。為了加強溶解/吸附，將助溶劑加入到蒸氣中，并使其在將要進行去污處理的裝置的表面上冷凝。該溶劑被選定為生物活性物質的有效溶劑。通過選擇一種或多種與水(和其他類似過氧化氫的極性溶液)互溶但具有較低極性的溶劑，助溶劑層可提高過氧化氫的溶解性，并增加生物活性物質中的與過氧化氫相關的基團分解產物，從而提高生物活性物質的消除速度。這種助溶劑混合物的例子包括水和叔丁醇；水和乙腈；水、乙腈和異丙醇。通過對溶劑蒸氣和加入到處理箱中的過氧化氫的混合進行控制，可對冷凝的組合物進行控制，以在將要進行去污處理的表面上產生液體膜。通過加入可在溶劑混合物溶解的堿性氣體(例如，氨氣)，同樣可對冷凝的助溶劑層的pH進行控制。冷凝物中存在的過氧化氫用來降低pH(35％含水H2O2溶液的pH約為3-4)，可加入氨氣使pH增加到最佳值，約為8-9。其他合適的溶劑包括四氫呋喃、二甲亞砜、丙酮、乙醛、環氧丙烷、乙酰胺、二乙胺、和二甲氧基乙烷。
一種用于促進反應基團的生成的方法為，通過用一定波長的紫外光照射處理箱，從而引起過氧化氫的降解。降解的增加提高了基團中間產物的濃度，并增強了去污效果。
將其他物種加入到過氧化氫蒸氣中，通過增加存在的反應物種的數目，同樣能增強去污效率。增強劑包括臭氧(O3)、烯烴(CH3CH＝CHCH3或更通用的RCH＝CHR)、醛(RCHO)、和鹵素(Cl2、Br2)。例如，加入臭氧可增加基團和蒸氣流的收率。
其中原子氧O*不是原子團(其所有的電子都具有配對自旋)，但具有高活性。
再舉一例，短鏈烯烴同樣有效
這將由臭氧以較高的收率產生基團。
其他諸如醛這樣的分子產生烷基過氧自由基這里的產物為烷基過氧自由基，它是一種過氧羧基，即，如果R為CH3，則該基團由另一種強氧化劑過乙酸形成。
另舉一例，將過氧羧酸(RC(O)OOH)加入到反應中可提高烷基過氧自由基的濃度。
通過控制諸如烯烴、烷烴、醛、羧酸及過氧羧酸、水蒸氣、過氧化氫、和臭氧這樣的小的有機分子的濃度，可保持反應基團的穩態濃度。
鹵素同樣是合適的強氧化劑。其中，X為任意鹵素
其中，加入tBuOH-叔丁醇作為助溶劑系統的一部分。
可以看出，將合適的物種加入到蒸氣混合物中，可產生較多種類的自由基物種。
強氧化劑對于攻擊包括蛋白質的生物分子具有效果，例如炭疽毒素、肉毒桿菌毒素、和鼠疫毒素。它將這種毒素分解成較小的蛋白質鏈片段，而使毒素變得無害。同樣地，發生氧化自由基斷鍵并取代磷原子周圍的化學基團的反應，例如乙酰膽堿酯酶抑制劑中的取代反應，可使這些分子失去毒性或具有較小的毒性。同樣地，亞砜的氧化或硫化物-烷基鍵的裂解，可使糜爛性毒氣分子失去毒性或毒性減小。
權利要求
1.一種使生物或化學戰爭用試劑殘留物失活的方法，包括利用氣相強氧化劑對所述戰爭用試劑進行氧化。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述戰爭用試劑包括一種或多種化學試劑、病原體、朊病毒、和生物毒素。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述化學試劑包括一種或多種神經毒氣和糜爛性毒氣。
4.根據權利要求1至3中任一權利要求所述的方法，其中所述氧化劑包括過氧化合物、次氯酸鹽、鹵素氧化物、和臭氧中的至少一種。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所述過氧化合物包括過氧化氫。
6.根據權利要求1至5中任一權利要求所述的方法，還包括提高所述氧化劑蒸氣的氧化勢，使所述蒸氣更易與所述戰爭用試劑反應。
7.根據權利要求6所述的方法，其中提高所述氧化勢包括以下至少一種利用紫外光使所述氧化劑蒸氣降解；以及加入增強劑。
8.根據權利要求1至7中任一權利要求所述的方法，還包括將以下至少一種加入到所述氧化劑蒸氣中臭氧；烯烴；醛；鹵素；過氧羧酸；烷烴；以及羧酸。
9.根據權利要求1至8中任一所述權利要求的方法，還包括使溶劑蒸氣、薄霧、或灰霧在所述戰爭用試劑上冷凝。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述溶劑包括以下至少一種叔丁醇；乙腈；異丙醇；四氫呋喃；二甲亞砜；丙酮；乙醛；環氧丙烷；乙酰胺；二乙胺；以及二甲氧基乙烷。
11.根據權利要求1至10中任一權利要求所述的方法，還包括使所述戰爭用試劑通過堿性氣體。
12.根據權利要求11所述的方法，其中所述堿性氣體包括氨。
13.根據權利要求1至12中任一權利要求所述的方法，還包括加入氣體以調節所述氣相氧化劑的pH。
14.根據權利要求1至13中任一權利要求所述的方法，還包括將所述戰爭用試劑與所述氣相氧化劑一起投入到氣相氨中。
15.根據權利要求1至14中任一權利要求所述的方法，還包括將所述戰爭用試劑投入到化學物質中包括以下至少一種提高所述氧化劑蒸氣的氧化勢，使所述氧化劑蒸氣更易與所述生物活性物質反應；對所述生物活性物質進行預處理；與所述氧化劑蒸氣發生發應，以產生中間化合物，所述中間化合物使至少一些所述生物活性物質失活；增加所述氧化劑蒸氣中的自由基物種的數目和種類；以及調節pH。
16.根據權利要求1至15中任一權利要求所述的方法，還包括用所述戰爭用試劑將被污染的物體加熱至約70℃。
17.一種用于使生物活性物質失活的裝置，包括裝置(A)，用于將處理箱(10，10a，10b，10c)中的所述戰爭用試劑投入到氣相強氧化劑中。
18.根據權利要求17所述的裝置，其中所述戰爭用試劑包括一種或多種化學試劑、病原體、朊病毒、和生物毒素。
19.根據權利要求18所述的裝置，其中所述化學試劑包括神經毒氣和糜爛性毒氣中的至少一種。
20.根據權利要求17至19中任一所述的裝置，其中所述氧化劑包括過氧化合物、次氯酸鹽、和臭氧中的至少一種。
21.根據權利要求20所述的裝置，其中所述過氧化合物包括過氧化氫。
22.根據權利要求17至21中任一權利要求所述的裝置，還包括裝置(B)，用于將氣態、薄霧、或灰霧形式的第二化學物質加入到所述處理箱中。
23.根據權利要求22所述的裝置，其中所述第二化學物質進行以下步驟中的至少一個提高所述氧化劑蒸氣的氧化勢，使所述氧化劑蒸氣更易與所述生物活性物質反應；對所述生物活性物質進行預處理；與所述氧化劑蒸氣發生發應，以產生中間化合物，所述中間化合物使至少一些所述生物活性物質失活；增加所述氧化劑蒸氣中的自由基物種的數目和種類；以及調節pH。
24.根據權利要求22所述的裝置，其中所述投入裝置(A)包括液態氧化劑源(20，20a，20b，20c)，以及蒸發裝置(18，18a，18b，18c)，用于使所述液態氧化劑氣化，并將所述氧化劑蒸氣輸送到所述處理箱(10，10a，10b，10c)中。
25.根據權利要求24所述的裝置，其中所述第二化學物質添加裝置(B)包括氣態第二化學物質貯藏器(42a，42b)；裝置(40a，40b)，用于將所述第二化學氣體與所述氧化劑蒸氣混合。
26.根據權利要求25所述的裝置，其中所述第二化學氣體為氨。
27.根據權利要求24所述的裝置，其中所述第二化學物質添加裝置(B)包括液態第二化學物質源(42c)；蒸發裝置(48c)，用于使所述第二化學液體氣化。
全文摘要
使諸如過氧化氫這樣的氧化液體(20)蒸發(18)，并將該蒸氣用于使神經毒氣、糜爛性毒氣、或諸如病原體、生物毒素、和朊病毒這樣的其他生物活性物質失活。將氣態、薄霧、或灰霧形式的第二化學物質(42)用來與氧化蒸氣相結合。在一個實施例中，該第二化學物質通過氧化蒸氣，更加有效地對將要進行失活處理的生物活性物質進行預處理。在另一實施例中，該第二化學物質提高氧化蒸氣的反應性。在另一實施例中，其他化學物質與氧化蒸氣反應，以形成中間化合物，該中間化合物使至少一些生物活性物質失活。
文檔編號A62D3/38GK1649647SQ03809302
公開日2005年8月3日 申請日期2003年4月24日 優先權日2002年4月24日
發明者伊恩·F·麥克維尹, 劉易斯·I·施瓦茨, 邁克爾·A·琴坦尼, 杰拉爾德·E·麥克唐奈 申請人:斯特里斯公司