活性炭吸附测氡法静态吸附系数测量研究

第39卷第3期核电子学与探测技术Vol.39No.32019年5月NuclearElectronics&DetectionTechnologyMay.2019活性炭吸附测氡法静态吸附系数测量研究谢礼飞，丘寿康，唐泉'李晟，赵晶，罗诗慧(南华大学核科学技术学院，湖南衡阳421001)摘要: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&与动态吸附系数&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。关键词：活性炭;氡;静态吸附系数中图分类号：N33文献标志码：A文章编号：0258-0934(2019)3-0255-05活性炭对氡有强烈的吸附能力，常用于氡测量采样、高氡浓度环境中降氡[1],常用吸附系数来判定活性炭对氡的吸附能力。吸附过程中，当含氡气体自然扩散至活性炭处，被活性炭吸附，吸附达到平衡时的吸附系数为静态吸附系数;当含氡气体以一定的流率流经固定相，被活性炭吸附，吸附达到平衡时的吸附系数为动态吸附系数。对于同一活性炭,吸附系数因动态吸附过程中气相的流率或其他条件的变化而有所改变，其差异与测量方法的不确定度有关[2]。降氡装置已在国防等领域得到广泛应用,其对氡的吸附是通过活性炭来实现的[3]。活收稿日期:2018-12-11基金项目：中国科学院战略性先导科技专项(XDA10000000)资助。作者简介:谢礼飞（1990—），男，贵州独山人，在读硕士生，攻读方向为辐射防护及环境保护。*通讯作者：唐泉，男，教授，E-mail:tangquan528@sina.com〇性炭吸附氡的工程应用主要是动态吸附，在含氡气体通过吸附床的过程中直接测量床层中氡的吸附量比较困难，因而采用在一定时间内分析吸附床出口处氡的浓度变化的方法来测算活性炭的吸附系数，即利用动态法测定活性炭对氡的吸附系数[4]。但是动态吸附法测定吸附系数的相关实验设备和实验过程比较复杂，其实验用活性炭量约几十克甚至更多。相对而言，静态吸附法实验设备和实验操作简单，且实验用活性炭量要少得多，只需要用几克甚至更少的量就能进行吸附系数的测定。本实验将建立静态法测定活性炭对氡的静态吸附系数的测量方法，为工程应用的活性炭选型提供一种便捷方法。1实验部分l.i静态吸附系数&测量的基本公式静态吸附系数&测量的基本公式活性炭对氡的吸附符合亨利定律[15]，在静态吸附条件下，吸附系数&表达式如下：K^C/C={Aym)/{A/V)^(AtAs)/Ax(V/m)(1)(1)255式中为活性炭对氡的静态吸附系数，L/g;CS、CS分別为活性炭及气相中的氡浓度，Bq/g,Bq/L;4s、'分别为活性炭、气相中氡的活度，Bq;m为活性炭质量，g;K为气相空间（静态吸附室）体积，L;4,为活性炭吸附前氡的总活度，即4,=人+久\。1.2实验方法与条件1.2实验方法与条件1.2.1测定方法[6]实验时，往负压的闪烁室中注人1mL含氡空气后，打开闪烁室进气口，使之恢复至常压，关闭进气口。静置约3h后，用FD—125型氡钍分析仪测量闪烁室内的氡浓度，即A,=h(N-N0)Vc(2)式中为注人闪烁室内的氡活度，Bq;A为所用闪烁室的刻度系数，Bq/(m3•s—1);%、％分别为测量总计数率值及闪烁室的本底计数率值乂1为闪烁室体，m3。如图1所示（图1中：1为闪烁室;2为静态吸附室;3为活性炭；Kl、K2、K3、K4S_n)，将已抽为负压的静态吸附室及闪烁室相连，向预先装有一定质量活性炭的静态吸附室中注人1mL上述含氡空气，打开K4,使之恢复常压，然后关闭K4。待其吸附一定时间后，快速打开K2、K3,两室内的气压很快就会相等，此时吸附室内剩余的氡气就均匀分布在这两个容器内，然后关闭K2、K3,将吸附室与闪烁室断开，整个过程在20s内完成。打开闪烁室进气口K1,使之恢复至常压，关闭进气口。静置约3h后，用FD—125型氡钍分析仪测量闪烁室内的氡浓度，即C=k(NrN0)(3)式中：C为吸附室与闪烁室断开后闪烁室内的氡浓度，Bq/m3;A为所用闪烁室的刻度系数，Bq/(m3•。、/^、乂分別为测量计数率值及闪烁室的本底计数率,s_1。r-----------------------------------dtK1此浓度即连通后静态吸附室与闪烁室内氡的浓度。吸附后静态吸附室内剩余的氡活度为A\=C(Vc+VJ(4)式中:/^为吸附后静态吸附室内气相空间剩余的氡活度,Bq;C为吸附室与闪烁室断开后闪烁室内的氡浓度，Bq/m