提高活性炭吸氡效率的液氮改性方法

优质椰壳活性炭被广泛用作氡、碘等气载放射性的吸附材料。为提高其吸氡能力,本文采用液氮浸泡、液氮浸泡与蒸发并行和低温氮气冲洗的活性炭改性方法,分别对优质椰壳活性炭进行了改性研究,并改进了静态法测量材料对氡的吸附系数的计算方法。结果表明,连续液氮浸泡与蒸发对活性炭改性的效果最好,改性活性炭对氡的吸附系数随连续液氮浸泡与蒸发次数的增加呈先增大后减小的规律,连续改性4次的改性效果最佳,改性活性炭的吸附系数提高了36%;液氮浸泡对活性炭改性也有一定效果,改性活性炭对氡的吸附系数最大可提高15%;低温氮气冲洗对活性炭改性没有效果。活性炭改性前后样品的BET表征结果表明,改性活性炭对氡的吸附能力的提高与0.54 nm孔径的微孔比表面积增加有明显的正相关性。该方法具有改性工艺简单、周期短、成本较低等优点。     

气流比速对活性炭氡吸附影响研究

为提高活性炭的氡吸附效率以及为降低氡净化成本提供参考,研究了在主动吸附模式下,设置活性炭在不同气流比速的条件下进行氡吸附实验,测量活性炭的氡吸附量。杏壳活性炭与煤质活性炭的氡吸附量随气流比速度的增加,没有较大变化;气流比速在0.9~2.0 cm/s依次增大时,椰壳活性炭的氡吸附量没有较大变化。气流比速在2.0~3.1 cm/s依次增大时,椰壳活性炭的氡吸附量呈先增加后降低的趋势,当气流比速为2.7 cm/s左右时,椰壳活性炭氡吸附量达到峰值,可选取2.7 cm/s作为椰壳活性炭氡吸附的最佳气流比速。     

几种不同吸附氡性能活性炭的孔结构表征

在氡室内测定了4种椰壳基活性炭样品对氡的动态吸附系数,发现不同活性炭对氡的吸附能力有较大差别。为了分析活性炭降氡性能与孔结构的关系,采用氮吸附方法测定了4种样品在77.3K时对氮的吸附等温线,并计算了孔的比表面积、孔体积、平均孔径和孔径分布孔等参数。结果表明,比表面积为800m²/g时活性炭对氡有较强的吸附能力,比表面积相近时,微孔部分所占的百分比越高对氡的吸附能力越强。采用不同的理论方法对4种样品的孔径分布进行了表征。H-K方法计算的微孔分布表明微孔分布以超微孔为主,BJH方法的结果表明吸附氡性能较好的活性炭在中孔部分呈多峰分布,DFT全孔分布计算结果表明,微孔尺寸分布在0.7～2nm之间,中孔范围也有显著的多峰分布,但在孔径尺寸上与BJH方法得到的结果略有不同。     

活性炭对土壤氡吸附饱和性能研究

选用六组不同类型的活性炭,通过室外对土壤氡的吸附饱和实验,研究了活性炭对低射气土壤氡的吸附行为。实验结果表明:不同类型的活性炭对土壤氡的吸附饱和时间不同,均远小于30 d,吸附性能较好的椰壳活性炭在第八天即达到吸附饱和;不同类型活性炭的吸附饱和浓度差异也较大。因此,在低射气区进行活性炭吸附氡气测量时,应选择小粒径的椰壳活性炭作为吸附载体。     

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。     

活性炭吸附测氡法静态吸附系数测量研究

建立了一种简便的静态吸附系数的测量方法,并对相关活性炭吸附氡的静态吸附系数进行测量,将测量结果与相同条件下动态吸附法测量的相应结果进行对比。从比较结果来看,静态吸附系数K_s与动态吸附系数K_d的比值恒定,接近于1。这种方法可用于活性炭种类的筛选和吸附条件的初期探索,可为最终活性炭吸附的工程条件的选择和确定节省大量的初期工作。此外,此方法也可为其他吸附材料对氡吸附系数的初步测量及相关测量研究提供一种简单快速的测定方法。     

活性炭对环境氡的吸附效果研究

利用活性炭对一定体积容器内天然矿石产生的氡进行吸附,使用氡测量仪对容器内的氡浓度进行测量,运用最小二乘法拟合最佳曲线计算出不同质量活性炭对氡的吸附程度,进而探讨了活性炭对环境氡的吸附效果。计算结果表明,活性炭对单位空间体积内的氡具有很好的吸附效果,能够很好地对室内氡进行改善,以达到室内除氡的效果。     

温湿度对矿石短期释氡与活性炭短期吸氡的影响研究

为研究短时间下温湿度对矿石短期释氡与活性炭短期吸氡的影响,在温湿度恒定条件下,通过γ能谱仪测量温湿度变化下矿石释氡与薄层活性炭吸氡计数得出:(1)湿度不变时,温度升高矿石释氡与薄层活性炭吸氡的能力提升;(2)温度恒定时,矿石释氡能力随相对湿度的增加而增大,薄层活性炭吸附氡的能力随相对湿度的增加而降低。研究结果得到短时间活性炭吸附氡能力与环境因素的关系,填补了这一方面的研究空白。     

活性炭局部降氡效率理论模型研究

活性炭具有较强的吸氡能力,利用该特性可实现局部空间降氡的目的。本文研究了活性炭局部降氡实际应用中最大降氡效率与活性炭吸附系数、活性炭质量、空间体积、环境温度及湿度等的关系,建立了计算活性炭局部降氡效率的理论模型,并通过菲律宾产4×8目和12×20目两种粒径的活性炭对理论模型进行了实验验证。结果表明,理论值和实测值的一致性较好,相对偏差均在±4.7%以内。     

活性炭对氡吸附性能的影响因素研究

为了防止室内空气氡危害人体健康,采用被动式活性炭盒法,利用带铅室的低本底NaI (Tl)闪烁探测器测量活性炭样品的γ能谱总净计数,分别研究活性炭的吸附时间、干燥性、用量和放置位置对氡吸附量的影响,精确测量室内空气中的氡浓度。结果表明,最佳吸附时间为3 d或4 d;干燥的活性炭对氡的吸附能力强,前3 d,烘干活性炭的吸附量大于未烘干活性炭,最终两者吸附量相当;当氡在活性炭中的渗透深度小于活性炭的装填深度时,不同用量的活性炭对氡的吸附量相当,随着渗透深度增大,活性炭用量多的吸附量大;在氡浓度不均匀的密闭室内,活性炭放置位置对氡的吸附量无影响。综上所述,采用活性炭盒法测量室内空气氡浓度,应采用烘干、适量的活性炭,吸附时间为3 d或4 d,且不需考虑活性炭在室内的放置位置。     

低温吸附法分离氦气流中氢同位素的实验研究

采用穿透曲线法研究了液氮温度下活性炭、碳分子筛和碳纳米纤维对氢同位素的吸附等温线和同位素效应。结果表明：活性炭和碳分子筛都是良好的吸附剂，碳纳米纤维对氢同位素的吸附量太低而不具备工程应用的可能性。实验还对吸附剂进行了改性处理，考察了改性吸附剂对氢同位素的吸附性能。     

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。     

活性炭测氡γ总计数的理论计算及实验验证

根据氡及其子体的相继衰变规律,对均匀吸附环境氡的活性炭的γ总计数进行了理论推导,得到了活性炭γ总计数的计算公式;并对活性炭γ总计数进行了模拟计算.结果表明:活性炭取出后γ总计数随时间的变化曲线与实测曲线相吻合;在曲线的前段,计数先增大后减小,为活性炭的静置区,静置时长(即静置区的宽度)与活性炭吸附氡的时长密切相关,与氡浓度大小无关,吸附时间越长,所需静置时间越短;在曲线的后段,计数以e-0.000125t函数逐渐衰减,这一规律与氡浓度的大小无关.     

便携式氡析出率自动测量仪研究

氡析出率的可靠测量是环境氡污染治理中的关键因素。活性炭吸附法和静电收集法是氡析出率测量的常用方法,活性炭吸附法适合于在温湿度相对稳定且氡析出率变化不太大的条件下使用,静电收集法能实现快速测量,但目前静电收集式测氡仪如RAD7需对测量的氡浓度进行数据修正才能得到氡析出率。为实现氡析出率的可靠测量,南华大学基于累积集氡和静电收集法测氡的方式研制了一种便携式氡析出率自动测量仪,该测量仪无需干燥管干燥取样的气体,减少了干燥剂对集氡罩内介质表面氡析出率的影响。在自然环境下,该测量仪能准确测量氡浓度,无需借助计算机进行线性拟合处理数据,由内置微处理器将线性拟合转化为代数运算后便能根据测量的氡浓度自动计算出氡析出率。实验表明,该氡析出率自动测量仪在氡析出率标准装置上的测量值与参考值的相对偏差在5%以内。测量完毕直接得出氡析出率,方便了现场氡析出率测量的需求。     

Plasma Modification of Activated Carbon Fibers for Adsorption of SO_2

Viscose-based activated carbon fibers(VACFs)were treated by a dielectric-barrier discharge plasma under the feed gas of N_2.The surface functional groups of VACFs were modified to improve the adsorption and catalysis capacity for SO_2.The surface properties of the untreated and plasma-treated VACFs were diagnosed by SEM,BET,FTIR,and XPS,and the adsorption capacities of VACFs for SO_2 were also compared and discussed.The results show that after the plasma treatment,the external surface of VACFs was etched and became rougher,while the surface area and the total pore volume decreased.FTIR and XPS revealed that nitrogen atoms were introduced onto the VACFs surface and the distribution of functional groups on the VACFs surface was changed remarkably.The adsorption characteristic of SO_2 indicates that the plasmatreated VACFs have better adsorption capacity than the original VACFs due to the nitrogen functional groups and new functional groups formed in modification,which is beneficial to the adsorption of SO_2.