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森罗股份:浅谈影响纸质文物的外部因素(四)
2022-04-21





 前  言 



前面章节提到酸性有害气体在水分作用下形成强腐蚀性酸,促使纸张中的纤维素水解生成易碎的水解纤维素、减弱纸张的机械强度并降低纸张的耐折强度等。

酸性气体有二氧化硫、硫化氢、二氧化氮、氯化氢、二氧化碳等。

上一章节主要介绍了二氧化硫和硫化氢来源、性质及对纸质文物的危害机理等,接下来本文将带大家了解另一种常见酸性气体——氮氧化物,并就氮氧化物对纸质文物的影响进行浅谈及分析。

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氮氧化物概念

氮氧化物(NOX)指的是只由氮、氧两种元素组成的化合物,如一氧化二氮(N2O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧化二氮(N2O5)等。除一氧化二氮及二氧化氮以外,其他氮氧化物均不稳定,遇光、湿或热变成二氧化氮及一氧化氮,一氧化氮又变为二氧化氮。因此,环境中接触的是几种气体混合物常被称为硝烟(气),主要为一氧化氮和二氧化氮。氮氧化物都具有不同程度的毒性。


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氮氧化物来源


氮氧化物除少量源自于自然过程外,大部分来源自燃料燃烧及机动车排放等。燃料燃烧时,生成的氮氧化物中,一氧化氮占90% 左右,其余为二氧化氮。燃烧产生氮氧化物主要有两种情况:


一是空气中的氮气在高温下与空气中的氧气氧化而成。燃烧的温度以及燃烧时空气中的氧含量越高,一氧化氮产生量就越多。而且还可以直接氧化成二氧化氮,如下面的反应式所示:


N2+O2→(1500℃以上)→2NO→(O2)→2NO2


二是燃料中含有氮的有机物,在燃烧时被氧化而生成一氧化氮,但其易被强氧化剂氧化成二氧化氮。另外,一氧化氮对臭氧的形成过程会起重要作用。


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氮氧化物转化

酸雨是一种复杂的大气化学和大气物理的现象。酸雨中含有多种无机酸和有机酸,绝大部分是硫酸和硝酸。工业生产、民用生活燃烧煤炭排放出来的二氧化硫,燃烧石油及汽车尾气排放出来的氮氧化物,经过“云内成雨过程”,即水气凝结在硫酸根、硝酸根等凝结核上,发生液相氧化过程,形成硫酸雨滴和硝酸雨滴;又经过“云下冲刷过程”,即含酸雨滴在下降过程中不断合并吸附、冲刷其他含酸雨和含酸其他,形成较大雨滴,最后降落在地面上,形成了酸雨。


另外,氮氧化物是光化学烟雾的引发剂。光化学烟雾是由具有更强氧化能力的臭氧(O3)和过氧酰基硝酸酣(PAN)组成。产生光化学烟雾的光化学反应过程非常复杂,反应机理还未有定论。虽然至今尚未发现PAN会损害文物,但臭氧会造成文物的氧化与损害。



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氮氧化物危害机理


氮氧化物中一氧化氮和二氧化氮的危害尤为严重。虽然至今尚未发现一氧化氮会对文物产生直接的损害,但其易被强氧化剂氧化成二氧化氮,进而对文物产生损害。二氧化氮是棕红色的气体,具有特殊臭味并有毒,浓度在0.012~0.22ppm即可通过人的嗅觉感受到。二氧化氮的危害和二氧化硫类似,它可以溶解在水中生成硝酸,与硝酸同时生成的还有亚硝酸。


3NO2+H2O2HNO3+NO


亚硝酸在空气中会进一步氧化,生成具有强酸性和强氧化性的硝酸。此外硝酸是挥发性的,就污染空气中的浓度水平而言,由二氧化氮转化的自由硝酸不会被夹带于干燥物体的表面,然而一旦接触易发生反应。但与硫酸相比,其威胁略小。


纸张老化的内在机理为纤维素大分子降解,纤维素链变短,纤维之间的结合力变差。纤维素为葡萄糖基通过β-1,4糖苷键连接形成的聚合物,糖苷键对酸的稳定性很低,在酸性环境中极易断裂。NO2与纸张中的水分结合后形成HNO3,同其它酸一样,硝酸可使纤维素中1, 4-β -葡糖苷链水解而加速纸张制品老化,另外,NO2还可以与纸张中的纤维素发生反应,使纤维素葡萄糖单元中 C- 6原子上的羰基被氧化,从而形成醛糖酸,酸的产生增加了纸制品的酸度,并加速了纸张的老化变质。此外,二氧化氮还会腐蚀含有胺基的染料,如锭蓝,特别是在纤维素材质和聚酯类材质上的染料。

 以防为主 防治结合 




纸质文物的保护贵在以防为主,防治结合。做好文物预防性保护就要从根本上解决文物展藏环境的“洁净、稳定、恒湿”等问题。


天津森罗科技股份有限公司提出的“高密闭环境下智能气调保护技术”(Controlled Atmosphere technology of High Sealed Environment),简称“CATHSE”。该技术是由围护结构密封、气体洁净、温湿度调控、氧含量调控、智能控制和信息化等构成的技术体系。


该技术以高气密围护结构为基础,隔离了外界污染性气体的侵入,再采用气体洁净及温湿度调控模块定期或持续的对文物展储空间内的气体进行处理,将空间内原有的污染性气体以及展陈装具、文物自身等挥发的有害气体含量降至较低水平,最大限度地避免文物累积性损害,实现文物“防酸化、防氧化、防腐蚀”等综合效果。


应用CATHSE 技术对高气密洁净储藏柜、库房内的环境进行调控,与标准对比,详见下图。


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参考文献
[1]  闫智培,易晓辉,田周玲,任珊珊,龙堃,张铭.影响纸张老化的因素及缓解措施初探[J].文物保护与考古科学,2018,30(02):110-120.
[2]   武化魁,周春生,刘风华,房喻.纸质文物保护的新技术介绍[J].陕西师范大学继续教育学,2000(01):102-104.
[3]   霍铮皓.大气环境对博物馆内文物的影响[J].文物鉴定与鉴赏,2018(17):120-121.

[4]   王欢欢纸质文物酸化原因及防治[C]. 中国文物保护技术协会第九次学术年会论文集,2016:179-182.





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