保護歷史文化遺產(chǎn)《四庫全書》等珍稀文物法寶--氮氣制氮機系統(tǒng)

    氮氣是一種惰性氣體，具有很好的化學穩(wěn)定性，在常溫、常壓下不與其它化學物質(zhì)發(fā)生化學反應，經(jīng)常作為保護性氣體，已應用到很多領域。應用氮氣封存的方法保護珍貴文物，在近百年以前就已經(jīng)提出，但由于當時制氮技術不夠成熟，未能得到大規(guī)模的應用。近十多年來，由于"氣調(diào)庫"技術在果蔬食品保鮮領域的發(fā)展，促進了制氮技術的迅速成熟，使應用氮氣庫技術進行珍貴文物的保護成為可能。 
     氮氣庫技術在果蔬食品保鮮領域稱為"氣調(diào)儲藏"或"氣調(diào)庫"。氣調(diào)儲藏實質(zhì)上是在低溫冷藏基礎上，增加氣體成分調(diào)節(jié)功能，通過對儲藏環(huán)境中溫度、濕度、氮氣、氧氣及其它氣體濃度的控制，延長存貯物的保存壽命。  
     氣調(diào)庫應用于果蔬食品保鮮的商業(yè)儲藏，在國外已有幾十年的發(fā)展歷史，現(xiàn)在發(fā)達國家已經(jīng)相當普及。我國氣調(diào)儲藏技術起步較晚，在商業(yè)上的應用僅是近幾年的事情，但發(fā)展速度很快，技術上也趨于成熟。  
     氮氣庫系統(tǒng)主要由氣密結(jié)構（庫體）、制氮機系統(tǒng)、調(diào)溫調(diào)濕系統(tǒng)、氣體凈化裝置、監(jiān)測控制系統(tǒng)組成。氣密性是氮氣庫區(qū)于別其它類型庫房的一個最重要的特點。氮氣庫不僅要求維護結(jié)構具有良好的隔熱性能，減少外界熱量對庫內(nèi)溫度的影響，更重要的是還要求維護結(jié)構具有很好的氣密性，減少或消除外界空氣對庫內(nèi)氣體成分的影響，并能長時間地維持庫內(nèi)所要求的氣體成分。制氮系統(tǒng)是為達到和保持庫內(nèi)氮氣工況所必須的設備，是氮氣庫系統(tǒng)中最重要的組成部分。氮氣庫系統(tǒng)主要采用的碳分子篩制氮機是以碳分子篩為吸附劑，以空氣為原料，利用變壓吸附原理進行氮氧分離制取高純度氮氣的氣體分離設備。碳分子篩制氮機具有產(chǎn)氣量大、設備結(jié)構簡單、操作靈活等特點，并且在去除氧氣、產(chǎn)生氮氣的同時，還能有效地去除其它有害氣體成分，是目前最常用的制氮設備。調(diào)溫調(diào)濕系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)庫內(nèi)的溫度濕度，達到恒溫恒濕的要求。氣體凈化裝置，可對進入庫內(nèi)的氣體進行過濾和凈化，濾除二氧化硫等有害氣體和灰塵，使庫內(nèi)氣體保持潔凈狀態(tài)。監(jiān)測控制系統(tǒng)可對庫內(nèi)溫度、濕度、氮氣純度進行檢測，控制制氮系統(tǒng)、調(diào)溫調(diào)濕系統(tǒng)的運行，現(xiàn)多采用的計算機控制系統(tǒng)，具有溫度、濕度、氮氣等數(shù)值的設定，數(shù)據(jù)的采集、顯示、存儲、查詢、報警、打印等多種功能。  
   將氮氣保護技術應用于珍貴文物的保存和保護，在國內(nèi)外已不乏先例。美國的"獨立宣言"就密封于氮氣環(huán)境中進行永久性保護；意大利、法國十多年前就成功地將氣調(diào)技術應用于文物的保護；中國歷史博物館和中南海毛主席故居紀念館使用除氧劑進行珍貴文物的封存保護，也是應用氮氣保護的一種形式；北京房山云居寺"99石經(jīng)回藏"的成功，可以說是我國應用氮氣庫技術進行文物保護的范例。  
圖書在自然環(huán)境條件下保存，紙張纖維會受到空氣中氧氣和有害氣體的危害，發(fā)生氧化和酸化水解反應，使圖書紙張變黃和脆化，這就是圖書紙張的老化。應用氮氣庫進行珍貴圖書的保護，可以防止圖書紙張發(fā)生酸化和氧化反應。  
   《四庫全書》是我國極其珍貴的歷史文化遺產(chǎn)，更是國家圖書館的鎮(zhèn)館之寶。永久地保護好《四庫全書》，使之能夠流傳子孫后代，是歷史賦予我們的責任。由于在新館一期工程中未能充分考慮到《四庫全書》的保護要求，致使《四庫全書》十多年來一直存放于較為惡劣的環(huán)境中。庫房密閉性能差，溫濕度不能恒定，冬季干燥，夏季高溫潮濕，書架、書盒多有開裂，嚴重影響到《四庫全書》的永久保存。更為嚴重的是，在圖書保護組近期的監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)，《四庫全書》已經(jīng)開始酸化（pH6.5）,有的書頁出現(xiàn)黃色斑點，這是圖書紙張發(fā)生酸化和氧化變質(zhì)的標志，其原因是空氣中氧的存在和大氣污染的結(jié)果。如不及時采取有效措施，紙張的老化將會加快，在幾十年內(nèi)黃斑會逐漸擴大連接成片，到那時圖書紙張就進入到了"老年期"，紙張的老化將達到非常嚴重的程度，機械強度急劇下降，直至不能翻動。  
    圖書紙張的老化，是一種不可逆的化學反應，必須防患于未然，否則，在紙張發(fā)生老化之后，即使有再大的投入，也不能恢復其原有的外觀和強度。對于《四庫全書》的保護問題，長久保護《四庫全書》最為有效和可行的方法，是進行充氮絕氧封存。在保存《四庫全書》的庫房（最好是地下庫）內(nèi)，建造一個高氣密性的庫中庫，配置充氮系統(tǒng)，充以高純度氮氣，以計算機控制系統(tǒng)監(jiān)測和控制庫內(nèi)溫度、濕度、氣體純度和潔凈度；庫體正面為鋼化玻璃結(jié)構，方便從庫外觀測和參觀；庫體有受控密封門，必要時工作人員可以進入庫內(nèi)，進行圖書的管理和存取；如條件允許，還可以考慮設置庫內(nèi)機器人進行圖書自動存取。  
   建立PSA制氮機氮氣庫保護《四庫全書》，可以防止空氣中的氧氣和空氣污染帶來的酸性氣體、氧化性氣體對《四庫全書》的氧化和酸化破壞，防止蟲霉的孳生，達到永久保存的目的。深圳制氮機制氮機簡介及應用 HTN系列制氮機是根據(jù)變壓吸附原理，采用高品質(zhì)的碳分子篩作為吸附劑，在一定的壓力下，從空氣中制取氮氣。經(jīng)過凈化干燥的壓縮空氣，在吸附器中進行加壓吸附、減壓脫附。由于動力學效應，氧在碳分子篩微孔中擴散速率遠大于氮，在吸附未達到平衡時，氮在氣相中被富集起來，形成成品氮氣。然后減壓至常壓，吸附劑脫附所吸附的氧氣等其它雜質(zhì)，實現(xiàn)再生。一般在系統(tǒng)中設置兩個吸附塔，一塔吸附產(chǎn)氮，另一塔脫附再生，通過PLC程序自動控制，使兩塔交替循環(huán)工作，以實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)高品質(zhì)氮氣之目的。