Vì sao mặt nạ phòng độc lại chống được khí độc?

Tháng 4 năm 1915, vào một ngày trời râm mát, binh sĩ liên quân Anh - Pháp đang đồn trú dưới chiến hào, chiến trường hòan toàn yên tĩnh.

Đột nhiên từ phía quân Đức tràn tới một vùng chất khí màu vàng như một màng yêu khí theo gió bay về phía liên quân Anh, Pháp. Vì không hề có phòng bị, liên quân Anh Pháp hòan toàn hỗn loạn. Trong chiến hào vang lên tiếng ho, tiếng gào thét. Quân Đức đã xả khí clo về phía liên quân Anh, Pháp. Đó là lần đầu tiên khí độc được sử dụng trong chiến tranh hiện đại. Từ đó mở màn cho cuộc chiến tranh hóa học.

Người ta đã sử dụng rất nhiều loại chất độc hóa học. Ngoài khí clo, người ta còn dùng loại khí độc gây tổn hại thần kinh như sarin, soman (C7H16O2PF) có chất độc làm bỏng da, có chất độc gây ngạt (như photgen COCl2)…

Để đối phó với các loại vũ khí hóa học, các nhà khoa học đã phải tiến hành nghiên cứu trong một thời gian dài. Rõ ràng là việc tìm một số chất để tiêu trừ một số chất độc nào đó chưa đủ. Cần phải tìm được một biện pháp chung có thể đối phó (chí ít là phần lớn) với chất độc.

Qua quá trình nghiên cứu, người ta tìm thấy phần lớn các chất độc trong điều kiện nhiệt độ thường ở dạng chất lỏng hoặc chất rắn có nhiệt độ sôi khá cao. Trong khi đó thì oxy cần cho quá trình hô hấp lại có nhiệt độ sôi rất thấp (-183°C). Oxy có nhiệt độ sôi thấp nên lực hấp dẫn giữa các phân tử của chúng rất bé, còn các chất có nhiệt độ sôi cao thì lực hấp dẫn giữa các phân tử của chúng sẽ lớn.

Các nhà khoa học đã tìm được cách tách biệt hữu hiệu giữa oxy và các chất độc đó, là dùng than hoạt tính. Than hoạt tính được chế tạo bằng cách dùng các vật liệu chứa nhiều carbon như gỗ hoặc tốt hơn là vỏ hạt hồ đào, vỏ dừa đem đốt ở nhiệt độ cao trong điều kiện thiếu không khí để biến thành than gỗ. Sau đó cho than gỗ xử lý bằng hơi nước quá nhiệt để loại bỏ lớp dầu trong các lỗ trong than gỗ, làm cho các lỗ trong than gỗ trở thành các lỗ trống liên thông với nhau và diện tích bề mặt của than gỗ sẽ trở nên rất lớn. Than gỗ qua quá trình xử lý như trên sẽ trở thành than hoạt tính.

Than hoạt tính thường có dạng những hạt nhỏ hoặc bột có màu đen. Diện tích bề mặt của than hoạt tính rất lớn. Trung bình 1g than hoạt tính có diện tích bề mặt đến hơn 1000 m2. Khi than hoạt tính tiếp xúc với các chất khí hoặc chất lỏng, do có diện tích bề mặt rất lớn nên than hoạt tính có thể hấp phụ lên bề mặt nhiều loại phân tử, đặc biệt với các phân tử có lực hấp dẫn giữa các phân tử lớn. Nhờ đó một biện pháp có thể đối phó với đại đa số các chất độc đã được tìm ra đó chính là các mặt nạ chống độc.

Hiện nay chủ yếu người ta thường sử dụng các mặt nạ phòng độc dựa vào khả năng lọc của mặt nạ. Mặt nạ được tạo ra do một công cụ chế tạo bằng chất liệu lọc che kín mặt. Chất liệu lọc có thể lọc chất độc, lọc khói, sắp xếp thành nhiều lớp. Trong các lớp lọc có các lớp lọc khói độc là những chất độc ở dạng các hạt rắn hoặc các giọt nhỏ chất độc ở dạng chất lỏng. Trong các tầng chất liệu lọc có than hoạt tính dùng để hấp phụ các chất độc ở dạng hơi hoặc khí trong không khí. Để tăng cường hiệu quả phòng độc của than hoạt tính, trước hết người ta cho ngâm than hoạt tính vào các dung dịch có chứa các oxit đồng, bạc, crom với lượng rất nhỏ để cho bề mặt than hoạt tính có chứa một lượng rất nhỏ các oxit đó. Khi các chất độc bị hấp phụ lên bề mặt của than hoạt tính, do tác dụng xúc tác của các oxit bạc, đồng, crom, các chất độc bị phân giải thành các chất không độc. Khi các chất độc được lọc qua các lớp lọc, bị hấp phụ và tiêu độc đồng thời cũng không ngừng cung cấp oxy cho hô hấp của người.