低温下活性炭吸附分离Kr和Xe

研究了低温下活性炭吸附分离Kr和Xe的方法。Kr和Xe混合气在-78 ℃活性炭吸附柱上进行富集,根据Kr、Xe在活性炭柱上脱附条件的差异实现了Kr和Xe的分离。结果表明,Kr和Xe的回收率均大于90%,Kr样品中Xe的去污系数达10⁴以上,Xe样品中Kr的去污系数达10³以上。     

用于氙氪吸附分离的金属-有机骨架材料耐辐照性能的初步研究

由于乏燃料后处理废气中放射性氙（Xenon,Xe）和氪（Krypton,Kr）的去除需求以及高纯度Xe气体的商业价值,Xe和Kr的吸附分离越来越受到重视。目前Xe/Kr的分离主要采用能源和资本密集型的低温精馏法。以金属-有机骨架材料为吸附剂的多孔材料已经展示出在相对较高温度下选择性吸附Xe和Kr的能力,有望替代低温精馏法实现低成本的Xe/Kr分离。实验研究了三种热稳定性良好的金属-有机骨架材料(Co/DOBDC、Ni/DOBDC、Co₃（HCOO）₆)对Xe和Kr的吸附分离性能。从材料在273 K温度下对Xe和Kr的吸附等温线、亨利常数、亨利选择性和理想吸附溶液理论（Ideal Adsorbed Solution Theory,IAST）选择性等测试和计算结果来看,Co/DOBDC和Ni/DOBDC在常压下对Xe具有较大的吸附容量,适用于Xe吸附存储的应用场景;Co₃（HCOO）₆在低压吸附下具有大的Xe亨利常数、Xe/Kr亨利选择性和Xe/Kr IAST选择性,适用于Xe和Kr吸附分离的应用场景。...     

常温下氙在椰壳活性炭上的吸附性能

利用脉冲进样气相色谱法研究椰壳活性炭常温吸附Xe的性能，获得了氙在椰壳活性炭上的吸附系数与温度、气体流速、Xe浓度的关系。研究结果表明：在20～50℃温度范围内，温度每升高1℃，Xe的吸附系数下降3%；气体流速在5～10cm/s范围内，Xe的吸附系数不受气体流速影响；气流中Xe浓度小于10^-3mL/mL时，其吸附系数亦不受影响。     

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。     

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CO_2进行模拟去除,获得了流程中去除水和CO_2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H_2、CO、CH_4、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CO_2有较好的吸附效果。低温下,H_2、CO不易在活性炭表面吸附;CH_4、Kr吸附性质相似;Xe吸附能力较强。低温下难以去除的CH_4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。     

多级吸附-脱附法浓缩纯化氙技术研究

为满足大气放射性核素监测的需求,利用氙(Xe)与二氧化碳(CO2)、氡(Rn)等组分在活性炭吸附柱内脱附行为的差异,采用多级活性炭吸附柱吸附-脱附的方法,对大气环境中的Xe(体积分数8.7×10-8)进行浓缩纯化,得到高浓度的Xe样品。研究了空气中的Xe、CO2及Rn等组分在多级活性炭吸附柱上的脱附曲线,选择Xe的脱附时段向下一级吸附柱转移吸附,对Xe进行逐级浓缩纯化。样品中Xe富集倍数可达105~106,Rn去污系数大于105,CO2体积分数低于4×10-5。此研究结果对于实现多组分混合气体中某一特定低含量组分的浓缩、纯化具有普遍指导意义。     

吸附法净化高温气冷堆He载气中Kr、Xe的研究

用椰子壳活性炭吸附剂固定床吸附法去除高温气冷堆He载气中Kr、Xe杂质。获得了Kr、Xe在椰子壳活性炭上的动吸附规律。考察了吸附温度、浓度、流速及床高等因素对保护作用时间、完全饱和时间、吸容量的影响,获得最佳运行参数。结果表明：采用椰子壳活性炭可以除去高温气冷堆He载气中Kr、Xe等有害杂质,满足净化系统的要求。     

载银钙基有机骨架材料的制备及其对Xe/Kr的吸附分离性能

以钙基有机骨架材料（Ca-SINAP-1）为基体,将银离子在此材料上负载结合,成功制备出耐一定γ射线辐照（50 kGy）的载银钙基金属有机骨架材料。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、比表面积与孔容孔径分析仪对其进行表征分析,并研究了载银金属有机骨架材料对Xe的吸附能力。结果表明：银离子负载于钙基金属有机骨架材料表面,材料结构未发生明显改变;样品载银量为0.93%,Xe的吸附量达到最高（3.29 mmol/g）,此时Xe/Kr的分离系数为10.71。随着载银量增加,Xe的吸附量减小,表明过多银负载可能会导致材料孔道堵塞,并不利于Xe的吸附。对于熔盐实验堆放射性尾气的处理环境,此材料具有一定潜力。     

工程条件下椰壳活性炭吸附放射性惰性气体性能研究

在某一代表性工程条件下, 研究一种椰壳活性炭(YK型)对放射性惰性气体吸附能力.结果表明:在温度40 ℃、压力0.02 MPa、气流比速0.05 cm/s、气流相对湿度25%的工程条件下,YK型活性炭对惰性气体氙、氪的吸附系数分别为400 mL/g和28.8 mL/g.在30 ℃～40 ℃范围内,温度每升高1 ℃,氪在活性炭上的吸附系数下降约2%;活性炭对惰性气体吸附系数还受到湿度和压力的不同程度影响.根据实验测得的吸附系数可以推算出,在试验所用的工程条件下,如果要求对133Xe净化系数达到2 500(133Xe需经过60 d的衰变),用YK活性炭滞留床时体积只需6.514 m3,较压缩罐体积减少大约95%(压缩贮存衰变罐的贮存压力为1.0 MPa时,压缩罐体积需130 m3).     

气体裂变产物88Kr的放化分离方法

为了制备满足88Kr核参数测量的样品,本工作研究了88Kr的放化分离方法。以85Kr、125Xe为放射性示踪剂研究了活性炭柱对Kr和Xe的吸附分离条件。结果显示,在0℃下Xe能被活性炭柱快速吸附而Kr不吸附。研制了一套适用于短寿命气体裂变产物分离的装置系统,使用辐照的铀靶进行了88Kr样品的分离。Kr的收率大于90%,Xe及I的去污因子大于1×104,整个操作过程可在5min内完成。     

不同工况下活性炭吸附放射性惰性气体性能的初步研究

活性炭吸附滞留工艺是核电站处理放射性惰性气体的技术发展方向之一。本文介绍了活性炭吸附放射性惰性气体Kr和Xe的原理及其主要物理参数。通过不同运行条件下对活性炭的吸附性能进行测试,结果表明活性炭的吸附性能受到气流温度、压力、流速和湿度等多方面因素影响。过高气体温度、湿度和过低的流速导致活性炭吸附性能下降,适当提升系统运行压力有利于提高活性炭的吸附能力。研究结果可指导核电站项目中废气处理系统的设计,通过合理控制滞留系统的运行条件可以保障活性炭的吸附性能和使用寿命。     

Dynamic adsorption of Xe on a fixed-bed adsorber at 77 K

In designing a fixed-bed adsorber,it is vital to understand dynamic adsorption properties of the unit.Temperature is an important effect on adsorbent performance,as the dynamic adsorption coefficients tend to increase with decreasing temperature.To minimize the volume of the fixed-bed adsorber,the dynamic adsorption characteristics of Xe were studied at 77 K by employing a variety of adsorbents under different operational conditions.The carbon molecular sieve performed better than that of activated carbon.Both operational conditions and the presence of gaseous impurities were found to affect the adsorption properties.     

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%。     

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附性能的影响。结果表明：5A分子筛具有较适合的孔径,对氙的动态吸附性能优于13X分子筛;ZSM-5分子筛可能因晶穴内极性较强和具有较适合的孔径,对氙的吸附能力最强;痕量氙在ZSM-5分子筛上的动态吸附系数随吸附压力的增加而线性增大,随流量增大先下降而后趋于稳定,氙浓度在7.6×10^-9~3.0×10^-8 mol/L范围内对其无明显影响。     

低温活性炭降氡技术研究

地下低本底实验室在创造低放射性本底实验环境方面有着很大的降氡需求,为此本文研发了一种原理性活性炭降氡装置,以筛选出的KC-6型活性炭为研究对象,使用连续进气法,在-50~25℃温度范围内测量了活性炭对氡的动力学吸附系数。实验结果表明,在该温度范围内,活性炭的动力学吸附系数与绝对温度呈指数关系,降低活性炭的温度能显著提高活性炭对氡的吸附性能,在-48℃的温度条件下,活性炭的动力学吸附系数达171.4L/g,较室温条件下增加了20倍以上。依据本实验获得的实验数据,计算出KC-6型活性炭的吸附热Q=(20.5±1.7)kJ/mol。     

活性炭高压吸附氡气技术研究

加压是提高活性炭吸氡效率的有效途径之一,但加压又伴随着不利于氡吸附的温湿度变化。为此设计并构建了消除这些不利变化的活性炭高压吸附装置,模拟了5种活性炭吸附环境,研究了动态吸附系数与压力、温度、湿度的关系。实验结果表明,增加系统压力并降低相对湿度和吸附温度,活性炭吸附氡气的动态吸附系数得到成倍的提高,高压低温低湿状态（0.6 MPa,0 ℃,20%~24%）的动态吸附系数是常压常温常湿状态（0.1 MPa,28 ℃,54%~65%）的5倍。此研究为今后开展加压吸氡技术相关影响因素的系统研究和高效除氡装置的研制打下了基础。     

Adsorption Equilibria of Krypton,Xenon, Nitrogen and Their Mixtures on Molecular Sieve 5A and Activated Charcoal

The adsorption equilibria of Kr, Xe and N₂, which are constituents of the off-gas from nuclear reprocessing processes, on representative adsorbents (Molecular Sieve 5A (MS5A) and activated charcoal) were studied. Adsorption experiments were conducted in the temperature range of 77 to 323 K using a packed bed column. The adsorption isotherms for the activated charcoal adsorbent were successfully correlated by the vacancy-solution model. The adsorption isotherms for the MS5A adsorbent were properly correlated by the Langmuir model and the vacancy solution model. The adsorption experiments for the binary component systems (Kr—Xe, Kr—N₂ systems) were also performed, and the results suggest that the coexistence of Xe greatly inhibits the adsorption of Kr. The coexistence of large amounts of N₂ was also found to inhibit the adsorption of Kr. The experimental results for the adsorption equilibrium of binary component systems on the activated charcoal adsorbent were well reproduced by the vacancy solution model without parameter fitting. The binary adsorption equilibrium on the MS5A adsorbent is rather well predicted by the ideal adsorbed solution model without parameter fitting. The use of the vacancy solution model for this adsorption system requires the optimization of parameters, but the binary adsorption equilibrium is well reproduced with the optimized parameters.