基于常温吸附的放射性氙样品高效纯化制备技术研究

大气放射性氙是全面禁止核试验条约重要的监测目标,为提高氙样品的探测灵敏度,在进行放射性活度测量前,需将样品纯化、除氡并转移至测量容器。本文针对氙样品高效纯化制备过程中的关键技术,研究了氙在三级吸附柱上的吸附脱附行为,并考察了氙样品量及色谱参数对氙色谱峰宽的影响,确定了纯化制备流程参数。利用氙样品对纯化制备流程进行测试,氙的回收率大于90%,氡去污因子大于10⁴,实现了放射性氙样品的高效纯化制备。     

用制备色谱法分离氪氙

叙述了通过改变填充5A分子筛色谱柱的载气流速和色谱柱温度,改变氪、氙的保留时间,实现氪、氙分离。分离后,在低温下分别用活性炭收集。结果表明,延长氪、氙色谱柱保留时间的间隔,可提高氪、氙的去污系数;在–80oC低温下,活性炭能很好地收集氪和氙,回收率>95%。     

氙的超低温动态吸附特性

变温吸附是氙富集的重要手段，温度是影响氙吸附能力的重要因素。设计了超低温动态吸附实验平台，基于该实验平台研究了在-110～-60℃范围内碳分子筛对氙的吸附性能，并分析了-110℃下氙体积分数、气体流速、柱前压和柱内径对氙吸附性能的影响。结果表明，在-110℃下，氙体积分数和气体流速对氙的动态吸附系数影响最显著，柱前压和柱内径在一定范围内对吸附剂性能影响不大。     

多种锕系元素共存体系中微量~(235)Np的测定

本文为从复杂的多种锕系元素共存体系中准确测定超微量~(235)Np(10~(-15)-10~(-14)g/g)的含量,建立了一个特殊的中子活化分析流程。样品经阴离子交换柱浓集和PMBP萃淋树脂柱分离纯化,共存的~(237)Np作内标,高注量堆中子活化后,测定~(235)Np活化产物子体~(236)Pu而获得~(235)Np的含量。     

Tc(Ⅶ)与Re(Ⅶ)在TEVA 及AG1-X4树脂上的化学行为相似性

样品中⁹⁹Tc的测定需经过预处理及化学分离纯化等过程,由于流程复杂,往往存在锝的损失,因此选择合适的示踪剂是准确测定锝含量的关键。本工作采用静态法与柱实验相结合,分别研究了固相萃取树脂TEVA及离子交换树脂AG1-X4对样品中⁹⁹Tc的分离纯化条件,探究了Re和Tc在化学分离纯化过程中的行为相似性。结果表明：TEVA及AG1-X4树脂对ReO^-₄和TcO^-₄都有着较强的吸附能力,选择pH为9～11范围上柱,采用高浓度HNO₃洗脱,Re和Tc的化学行为基本一致,且回收率均在90%以上。通过控制实验条件,可利用Re作为Tc的稳定非同位素化学类似物获取⁹⁹Tc在分析流程中的化学回收率。     

Tc(Ⅶ)与Re(Ⅶ)在TEVA及AG1-X4树脂上的化学行为相似性

样品中⁹⁹Tc的测定需经过预处理及化学分离纯化等过程，由于流程复杂，往往存在锝的损失，因此选择合适的示踪剂是准确测定锝含量的关键。本工作采用静态法与柱实验相结合，分别研究了固相萃取树脂TEVA及离子交换树脂AG1-X4对样品中⁹⁹Tc的分离纯化条件，探究了Re和Tc在化学分离纯化过程中的行为相似性。结果表明：TEVA及AG1-X4树脂对ReO^-₄和TcO^-₄都有着较强的吸附能力，选择pH为9～11范围上柱，采用高浓度HNO₃洗脱，Re和Tc的化学行为基本一致，且回收率均在90%以上。通过控制实验条件，可利用Re作为Tc的稳定非同位素化学类似物获取⁹⁹Tc在分析流程中的化学回收率。     

岩石样品中铪的无载体分离

本工作从岩石样品的溶解出发，考察了N-苯甲酰-N-苯基羟胺对铪的萃取以及阴阳离子树脂对铪的分离效果，以同位素¹⁸¹Hf为示踪剂，结合γ谱测量技术对这些过程进行了表征。初步建立了10 g岩石样品的混合溶样（先碱熔再酸溶）方法，建立了以萃取和阴阳离子交换为分离手段的铪的无载体分离纯化流程，并对各步流程的放化回收率进行了测定。溶样过程的放化回收率约为94％，分离流程的化学回收率约为52％。     

氙核查系统中分子筛除杂柱的性能研究

为了提高氙核查系统中分子筛除杂柱的除杂性能,采用静态吸附和动态吸附两种方法对系统中分子筛除杂柱的性能进行了研究。研究结果表明,除杂柱的长度、直径,分子筛的质量,空气中水的含量,吸附过程的温升效应以及分子筛柱的活化好坏都对除杂柱的除杂性能有影响。根据研究结果并结合经验对氙核查系统中的分子筛除杂柱进行了优化设计。     

聚酰亚胺中空纤维膜对CO_2、O_2、H_2O和Xe的分离性能

为了富集环境中的氙,使用中空纤维膜对气体进行预处理,去除掉大量的杂质气体,如氮气、氧气、二氧化碳和水蒸气,氙得以浓缩。为此,建立了膜分离实验装置,实验研究了不同的温度、流量、级切、膜数量、连接方式、气源压力等条件下聚酰亚胺中空纤维膜富集氙并去除CO_2、H_2O和O_2等杂质气体的性能。实验结果表明,气体流量和环境温度对膜的分离性能没有明显影响,采用3根或4根膜串联的方式时氙的损失率较小;在级切为2/3时,氙的损失率不大于10%,CO_2、H_2O和O_2的去除率分别不低于99%、90%和90%;空气样品氙的损失率略大于地表下气体样品。     

用EDTA螯合离子交换排代法从高放射性废液中提取锶-90的研究

本文研究了一种从高放射性废液中提取锶—90的流程。测定了流程所必须的工艺参数。探讨了在给定的产品收率和化学纯度要求下的离子交换柱的设计。在实验基础上提出了分离锶—90的推荐流程。     

Removal of Tritiated Water Vapor by Molecular Sieves 5A and 13X,Silica Gel and Activated Alumina

The adsorption of tritiated water vapor on molecular sieves 5A and 13X, silica gel and activated alumina was investigated in the small column experiments. The results were analyzed by a simple first order kinetic equation. The adsorption characteristics of the adsorbents are rationalized by the two important parameters, maximum adsorption capacity and adsorption rate constant, which were determined at various temperatures for each adsorbents. The column exhaustion experiments were also carried out. An equation was derived to express the correlation between breakthrough time and column length. A reasonable consistency has been noticed between the calculated and the observed results.     

氢/氘气在改性分子筛上的吸附性能研究

在液氮温度下采用容积法研究了5A、ZSM-5及其改性沸石分子筛对氢同位素的吸附分离性能,探讨了过渡金属盐负载和球磨等改性方法对氢同位素气体吸附的影响。结果发现,改性后分子筛上气体的吸附量普遍降低,但某些改性有利于H₂和D₂的分离。     

碳分子筛上氪、氙的动态吸附及脱附性能

为筛选快速分离Kr/Xe的材料,研究了不同碳分子筛（CMS）对氙（Xe）和氪（Kr）的动态吸附性能与脱附性能,探讨了压力、气体流量、温度等因素对Kr、Xe的动态吸附系数与脱附率的影响。结果表明,碳分子筛Aladdin TDX-01对Xe的吸附容量最大,其次为光复TDX-01,低温时,Aladdin TDX-01对Kr的动态吸附系数大于光复TDX-01。Aladdin TDX-01碳分子筛对Kr和Xe的吸附能力均随压力升高而增强,随着原料气流量增加而减少,动态吸附系数随着温度升高而降低;采用N2吹扫对Kr、Xe进行脱附,随着N₂流量增大、温度升高,Kr、Xe的脱附时间缩短。Aladdin TDX-01碳分子筛在25 ℃、100 kPa条件下对Xe的动态穿透吸附系数为1 283 mL/g,在-50 ℃、100 kPa条件下对Kr的动态穿透吸附系数为474 mL/g。     

分子筛的结构表征及对痕量氙的动态吸附性能

高效吸附剂是大气放射性氙取样分析系统的核心组成部分之一,为提高探测灵敏度,需获得对大气中痕量氙具有更高吸附性能的吸附剂.研究了10种分子筛对痕量氙的动态吸附性能,利用氮气静态吸附对分子筛的孔结构进行表征,分析了孔结构特征与分子筛动态吸附性能的关系.选择吸附量较高的分子筛,进一步研究了原料气流量、吸附压力和氙浓度对动态吸...     

复杂混合气体组分在低温活性炭表面的吸附特性

为实现大体积气体中微量放射性气体Kr、Xe同位素的测量,须将混合气体进行浓集并将目标气体吸附于10 mL左右的活性炭源盒中。本实验对混合气体中各组分在活性炭分离柱上的吸附性能进行研究,建立了通过去除其他杂质气体、浓集大体积气体制备放射性Kr和Xe活度源的方法。根据反应堆流出气体和核爆可能生成的气体组分,配制了模拟气体,使用活化的4A分子筛对其中的水和CO₂进行模拟去除,获得了流程中去除水和CO₂的实验条件;选择5个低温点(273、264、255、246、238 K),在低温活性炭柱上对H₂、CO、CH₄、Kr和Xe的吸附特性进行研究,测定了各气体在不同温度下的吸附穿透曲线。结果表明,室温下4A分子筛对水和CO₂有较好的吸附效果。低温下,H₂、CO不易在活性炭表面吸附;CH₄、Kr吸附性质相似;Xe吸附能力较强。低温下难以去除的CH₄可在高温下氧化去除。因此,可根据混合气体中各组分性质的不同实现杂质气体的去除和目标气体Kr、Xe的回收测量。     

N,N-二甲基羟胺辐解产生的氢气和一氧化碳的研究

With the development of nuclear power industry, more attentions have been paid on reprocessing power reactor spent fuel. Up to now, PUREX process is the only process available commercially. The process achieves uranium and plutonium separation by means of quick and quantitative reduction of Pu (Ⅳ) to Pu (Ⅲ). Therefore the reductant is very important in PUREX process. Preliminary experiment results[1] show that N, N-dimethyl hydroxylamine not only reduces rapidly Np (Ⅵ) and Pu (Ⅳ) to Np (V) and Pu (Ⅲ), but also stabilizes the Np (V)and Pu (Ⅲ) in acid solution. It may become a salt-free reductant with promising future for applications in the area[2]. However, organics decompose under intense radiation environment, and this affects its reduction efficiency,and products from the degradation may affect separation of the radioactive elements.This paper reports the qualitative and quantitative analysis of hydrogen and carbon monoxide produced by 60Co y-ray degradation of N, N-dimethyl hydroxylamine. The analyses of hydrogen and carbon monoxide were performed by gas chromatography, in which a 2m column packed with 5A molecular sieve and thermal conduc tivity detector[3] were used. The analysis of hydrogen employed argon as carrier gas, the column temperature was 80℃ and the detector temperature was 110℃. The analysis of carbon monoxide used hydrogen as carrier gas, the column temperature was 50℃ and the detector temperature was 80 ℃. The results show that when the concentration of N, N-dimethyl hydroxylamine was between 0.1 mol/L and 0.5 mol/L and the dose delivered by the irradiation was 10-1000 kGy, the volume fraction of hydrogen was (8.0-303.9)× 10-3; and the volume fraction of carbon monoxide is (0-1.7)× 10-3. The volume fraction of hydrogen increased with increasing dose, and it has little relationship with concentration change of N, N-dimethyl hydroxylamine when the irradiation dose was bellow 500 kGy, whereas it increased with the increasing concentration of N, N-dimethyl hydroxylamine when the dose was higher than 500 kGy. The volume fraction of carbon monoxide has little relationship with both the irradiation dose and N, N-dimethyl hydroxylamine concentration.     

乏燃料溶解尾气中氙的取样分离及稳定同位素比的测量

采用活性炭低温收集的方法对空气中的氙（Xe）进行收集，经活性炭初步分离后，再用5Å分子筛进一步分离纯化，获得可用于气体质谱仪测量的Xe样品，然后采用气体质谱仪对Xe的稳定同位素比（R）进行准确测量。研究确定了活性炭、分子筛对Xe的分离性能与操作条件，建立了Xe的收集和纯化方法。对空气中R(¹³⁴Xe/¹²⁹Xe)、R(¹³¹Xe/¹²⁹Xe)、R(¹³²Xe/¹²⁹Xe)测量的相对标准偏差分别为0.32%、0.15%、0.14%(n=3)。采用该法对乏燃料剪切、溶解尾气中的Xe进行了取样、纯化、测量，并利用Xe同位素比计算了乏燃料燃耗。结果表明：采用R(¹³²Xe/¹³⁴Xe)推算的燃耗比R(¹³¹Xe/¹³⁴Xe)更接近真实值，与真实值的偏差在20%左右。     

乏燃料溶解尾气中氙的取样分离及稳定同位素比的测量

采用活性炭低温收集的方法对空气中的氙（Xe）进行收集,经活性炭初步分离后,再用5Å分子筛进一步分离纯化,获得可用于气体质谱仪测量的Xe样品,然后采用气体质谱仪对Xe的稳定同位素比（R）进行准确测量。研究确定了活性炭、分子筛对Xe的分离性能与操作条件,建立了Xe的收集和纯化方法。对空气中R(¹³⁴Xe/¹²⁹Xe)、R(¹³¹Xe/¹²⁹Xe)、R(¹³²Xe/¹²⁹Xe)测量的相对标准偏差分别为0.32%、0.15%、0.14%(n=3)。采用该法对乏燃料剪切、溶解尾气中的Xe进行了取样、纯化、测量,并利用Xe同位素比计算了乏燃料燃耗。结果表明：采用R(¹³²Xe/¹³⁴Xe)推算的燃耗比R(¹³¹Xe/¹³⁴Xe)更接近真实值,与真实值的偏差在20%左右。     

Removal of Nitrogen Oxides in Diesel Engine Exhaust by Plasma Assisted Molecular Sieves

This paper reports the studies conducted on removal of oxides of nitrogen (NOx) from diesel engine exhaust using electrical discharge plasma combined with adsorbing materials such as molecular sieves. This study is being reported for the first time. The exhaust is taken from a diesel engine of 6 kW under no load conditions. The characteristic behavior of a pulse energized dielectric barrier discharge reactor in the diesel exhaust treatment is reported. The NOx removal was not significant (36%) when the reactor without any packing was used. However, when the reactor was packed with molecular sieves (MS -3A, -4A & -13X), the NOx removal efficiency was increased to 78% particularly at a temperature of 200℃ . The studies were conducted at different temperatures and the results were discussed.     

低温精馏分离稳定同位素13C的模拟优化研究

研究建立了1座采用一氧化碳低温精馏分离稳定同位素¹³C的试验装置,精馏塔填料层高17.5m,其中,精馏段15m,提馏段2.5m,塔内径为45mm。首先利用试验结果对计算机模拟手段进行验证,在此基础上,采用计算机模拟代替试验,进行试验装置操作条件的优化设计。综合分析了塔压、进料量、回流比、出料量、再沸器功率等对产品的影响,通过计算机模拟结合均匀试验设计的数字试验方法,实现了试验装置的优化设计。结果表明,在再沸器功率为250W、塔压为54kPa、回流比为84时,可达到已建试验装置的最优化操作。本研究所采用的计算机模拟结合试验设计手段可应用到¹³C的产业化设计以及推广至传统精馏过程的优化设计中。