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一種基于改性活性炭吸附氡氣的空氣凈化裝置及方法、改性活性炭制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)和放射性輻射防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于改性活性炭吸附氡氣的空氣凈化裝置及方法、改性活性炭制備方法。

背景技術(shù)
氡是無色、無味的放射性惰性氣體，常以單質(zhì)形態(tài)存在于空氣中。氡的放射性同位素有27種，除了219
Rn、220
Rn、222
Rn是天然放射性同位素外，其余都是人造同位素。氡同位素中最重要、壽命最長(zhǎng)的是222
Rn，半衰期為3.82d，放出的α粒子能量為5.489MeV，是釷、鐳等放射性元素的衰變產(chǎn)物，并經(jīng)進(jìn)一步衰變后產(chǎn)生一系列子體，最后變成穩(wěn)定的206
Pb。222
Rn的來源及其衰變過程如下：

222
Rn在衰變過程中會(huì)釋放4個(gè)α粒子和4個(gè)β粒子，β輻射可導(dǎo)致DNA單鏈斷裂，α輻射可導(dǎo)致無法修復(fù)的DNA雙鏈斷裂。放射性氡氣是世界衛(wèi)生組織(WHO)公布的19種主要的環(huán)境致癌物質(zhì)之一。氡氣一旦被吸入人體，會(huì)聚集在人體肺部，衰變產(chǎn)生的α粒子和β粒子持續(xù)對(duì)呼吸系統(tǒng)造成輻射損傷，從而引發(fā)肺癌。氡氣是目前肺癌的第二大致病因素。
密閉的生活和工作環(huán)境中氡氣來源于建筑材料(如水泥、磚石砌體、墻體裝飾等)、土壤或巖石包圍(如地下工程)等，氡濃度超過衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)就會(huì)嚴(yán)重威脅人體健康。我國(guó)《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB50325-2020)中Ⅰ、Ⅱ類民用建筑工程室內(nèi)氡濃度控制限量均為不大于150Bq/m3
。
近幾年，腫瘤靶向治療核藥受到人們極大關(guān)注，成為投資和研究的熱點(diǎn)。醫(yī)用放射性同位素是核藥的原料，其供應(yīng)短缺限制了核藥的發(fā)展。225
Ac的半衰期為9.92d，發(fā)射5.8MeV的α粒子，具有電離作用大、穿透力小、對(duì)腫瘤細(xì)胞殺傷力強(qiáng)的特點(diǎn)，是非常理想的腫瘤治療放射性核素。225
Ac可通過226
Ra(p,2n)225
Ac反應(yīng)和
226
Ra(γ,n)225
Ra(β-衰變)225
Ac反應(yīng)規(guī)模化生產(chǎn)。但這些方法需要使用226
Ra為靶材，生產(chǎn)過程會(huì)產(chǎn)生放射性氣體222
Rn，對(duì)工作人員的身體健康帶來風(fēng)險(xiǎn)。
比較國(guó)家氡及其子體的防控標(biāo)準(zhǔn)，一些國(guó)防軍工及民用地下工程等有限封閉環(huán)境中的氡及子體濃度一般超標(biāo)數(shù)倍；以226
Ra為靶材生產(chǎn)225
Ac的某些車間環(huán)境中超標(biāo)幾個(gè)數(shù)量級(jí)。對(duì)這些環(huán)境中氡污染進(jìn)行防治是很有必要的。
現(xiàn)有技術(shù)主要通過以下三個(gè)方法進(jìn)行除氡：
通風(fēng)排風(fēng)法，是采用壓入式通風(fēng)模式將工作區(qū)域外部低氡含量的空氣通入并置換工作區(qū)域的高氡含量的空氣，降低工作區(qū)域氡含量，是一種“稀釋”的降氡方法，該方法適用于大型地下工程場(chǎng)所；
封堵屏蔽法，是采用防氡材料涂抹或者粘接安裝在墻體或地面表面，阻止氡的析出，是一種“堵”的降氡方法，該方法當(dāng)墻體或地面應(yīng)力結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，防氡涂料容易產(chǎn)生裂紋或者脫落，造成防氡性能嚴(yán)重下降；
吸附法，是采用活性炭等吸附材料對(duì)工作區(qū)域空氣中的氡進(jìn)行吸附滯留，達(dá)到降氡凈化空氣的目的。由于活性炭具有比表面積大、微孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、化學(xué)穩(wěn)定性好、惰性氣體吸附性強(qiáng)等特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外對(duì)基于活性炭吸附降氡的方法進(jìn)行了廣泛研究。活性炭的降氡效果受到多種因素的影響，特別是溫度和濕度對(duì)活性炭吸附能力的影響非常顯著，研究表明29℃時(shí)活性炭的最大降氡率為43％，而11℃時(shí)活性炭的最大降氡率約為60％。
綜合對(duì)比上述三種氡防護(hù)方法，封堵屏蔽降氡能夠防止氡氣析出，但工程量大、建設(shè)費(fèi)用高，適用于氡析出率高的區(qū)域進(jìn)行局部除氡；通風(fēng)排風(fēng)降氡效果稍低于封堵屏蔽降氡，但其工程量適中，建設(shè)費(fèi)用小，適合于大型地下工程環(huán)境降氡；吸附降氡可采用移動(dòng)降氡裝置，除氡效果較好，適用于中小空間的除氡，特別適合于以226
Ra為原料生產(chǎn)225
Ac的密封熱室中除氡。但采用活性炭作為吸附材料需要低溫干燥的條件，設(shè)備復(fù)雜，成本較高，運(yùn)維困難；采用MOFs、分子篩等多孔材料作為吸附材料，降氡效果好，但成本昂貴。所以，需要開發(fā)低成本、常規(guī)條件下降氡效果好的吸附材料，簡(jiǎn)化設(shè)備，降低成本。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有活性炭吸附技術(shù)中需要低溫干燥條件，除氡裝置必須有空氣壓縮機(jī)、制冷機(jī)或液氮冷卻、水氣分離器等，設(shè)備復(fù)雜，成本高的不足，本發(fā)明利用活性炭比表面積大和油酸能溶解氡氣的特點(diǎn)，將一定量油酸負(fù)載于活性炭表面提高活性炭在高濕度條件下對(duì)氡氣的吸附能力，提出了一種基于改性活性炭吸附氡氣的空氣凈化裝置及方法、改性活性炭制備方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：
一種基于改性活性炭吸附氡氣的空氣凈化裝置，包括進(jìn)氣喇叭口、中效過濾器、隔膜泵，第一洗滌瓶，第二洗滌瓶，活性炭過濾器、改性活性炭過濾器、高效過濾器、閥門和管道。
含氡氣的污染空氣從進(jìn)氣喇叭口進(jìn)入，通過中效過濾器過濾掉固體顆粒，由隔膜泵提供動(dòng)力使含氡空氣依次通過第一洗滌瓶和第二洗滌瓶，有機(jī)洗滌液吸收大部分氡氣，洗滌后的空氣隨后進(jìn)入活性炭過濾器，洗滌過程中產(chǎn)生的有機(jī)洗滌液氣溶膠被活性炭吸附，然后空氣進(jìn)入改性活性炭過濾器，空氣中殘余的氡氣被改性活性炭吸附，再經(jīng)高效過濾器過濾微小顆粒后得到潔凈空氣。
進(jìn)一步地，所述第一洗滌瓶和第二洗滌瓶盛有能溶解氡氣的有機(jī)洗滌液，第一洗滌瓶和第二洗滌瓶串聯(lián)，增加吸收氡氣的效果；
進(jìn)一步地，所述有機(jī)洗滌液，是指高沸點(diǎn)、能溶解氡氣的有機(jī)液體；
進(jìn)一步地，所述有機(jī)洗滌液，是指氡氣在其中的溶解度比氡氣在水中的溶解度大20倍以上的有機(jī)液體；
進(jìn)一步地，所述有機(jī)洗滌劑，是指能溶解氡氣的有機(jī)液體，特別是指油酸，或含油酸的茶油、花生油和橄欖油等；
進(jìn)一步地，所述油酸，其化學(xué)名為：順-9-十八碳烯酸，化學(xué)式為：C18
H34
O2
，結(jié)構(gòu)式如圖1。
進(jìn)一步地，所述活性炭顆粒，是市售活性炭，粒度10～20目，比表面積500～1000m2
/g；
進(jìn)一步地，所述改性活性炭顆粒，是將一定量油酸負(fù)載于活性炭表面，提高其在高濕度條件下對(duì)氡氣的吸附能力。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，當(dāng)本發(fā)明的裝置用于氡氣濃度適中，氡氣總量不大的密閉環(huán)境時(shí)，可以簡(jiǎn)化去掉兩個(gè)洗滌瓶和流量控制閥門，裝置結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。
一種改性活性炭顆粒的制備方法，包括如下步驟：
量取一定體積的有機(jī)洗滌液，加入19倍體積的無水乙醇，配制成體積濃度為5％的有機(jī)洗滌液乙醇溶液；
稱取一定量的活性炭顆粒于圓底燒瓶中，加入一定體積的上述5％有機(jī)洗滌液乙醇溶液，超聲分散30分鐘；
在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上蒸發(fā)除去無水乙醇，得到改性活性炭顆粒。改性活性炭中有機(jī)洗滌液與活性炭的重量比為5％～30％，最佳值為10％～20％。
一種基于改性活性炭吸附氡氣的空氣凈化方法，其技術(shù)原理是利用油酸是氡氣的良性溶劑，以及活性炭比表面積大的優(yōu)勢(shì)，改性活性炭在高濕度條件下對(duì)氡氣有良好的吸收能力，具體空氣凈化步驟如下：
啟動(dòng)隔膜泵，調(diào)節(jié)第一流量控制閥門和第二流量控制閥門，使含氡氣的污染空氣從進(jìn)氣喇叭口進(jìn)入裝置，經(jīng)過洗滌、活性炭吸附和改性活性炭吸附，除去環(huán)境中的氡氣，除氡后的空氣再經(jīng)過高效過濾器從尾端排出，過濾掉氡子體和懸浮顆粒，得到潔凈空氣；
裝置連續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間后，經(jīng)氡氣檢測(cè)儀檢測(cè)到密閉環(huán)境中氡氣濃度小于標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，關(guān)閉第一流量控制閥門和第二流量控制閥門，再關(guān)閉隔膜泵，完成除氡凈化過程。
本發(fā)明的有益效果是：
一種基于改性活性炭吸附氡氣的空氣凈化裝置，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，所用原料易得，成本低，使用壽命長(zhǎng)，除氡效果好。
一種基于改性活性炭吸附氡氣的空氣凈化裝置，利用氡氣在油酸中溶解度較大的特點(diǎn)，用兩個(gè)洗滌瓶吸收大部分氡氣，吸收容量大，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，可用于高濃度氡氣環(huán)境的空氣凈化。
一種基于改性活性炭吸附氡氣的空氣凈化裝置，結(jié)合油酸是氡氣的良性溶劑以及活性炭比表面積大的優(yōu)勢(shì)，制備的改性活性炭在高濕度條件下對(duì)氡氣有良好的吸收能力，解決了常用活性炭吸附劑對(duì)氡氣吸附選擇性差，吸附效率低的不足。
一種基于改性活性炭吸附氡氣的空氣凈化裝置，在末端增加了一個(gè)高效過濾器，可進(jìn)一步過濾掉氡子體和懸浮顆粒，改善空氣質(zhì)量。
一種基于改性活性炭吸附氡氣的空氣凈化方法，改性活性炭吸附氡氣的空氣凈化裝置可長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)運(yùn)行，能顯著降低環(huán)境中的氡氣濃度。

附圖說明
圖1是油酸結(jié)構(gòu)式；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例空氣凈化裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記：1.進(jìn)氣喇叭口，2.中效過濾器，3.隔膜泵，4.第一流量控制閥門，5.第一洗滌瓶，6.第二流量控制閥門，7.第二洗滌瓶，8.有機(jī)洗滌液，9.活性炭過濾器，10.活性炭顆粒，11.改性活性炭過濾器，12.改性活性炭顆粒，13.高效過濾器。

具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
實(shí)施例一
一種基于改性活性炭吸附氡氣的空氣凈化裝置，如圖2所示，結(jié)構(gòu)連接為：含氡氣的污染空氣從進(jìn)氣喇叭口1的前端進(jìn)入，進(jìn)氣喇叭口1的后端通過管道與中效過濾器2的前端連接，中效過濾器2的后端通過管道與隔膜泵3的進(jìn)氣口連接，隔膜泵3的出氣口通過管道和第一流量控制閥門4與第一洗滌瓶5的進(jìn)氣口連接，第一洗滌瓶5的出氣口通過管道和第二流量控制閥門6與第二洗滌瓶7的進(jìn)氣口連接，第二洗滌瓶7的出氣口通過管道與活性炭過濾器9的進(jìn)氣口連接，活性炭過濾器9的出氣口通過管道與改性活性炭過濾器11的進(jìn)氣口連接，改性活性炭過濾器11的出氣口通過管道與高效過濾器13的進(jìn)氣口連接，潔凈空氣從高效過濾器13的出氣口排出。
一種基于改性活性炭吸附氡氣的空氣凈化方法，實(shí)施步驟如下：
將本發(fā)明提供的改性活性炭吸附氡氣的空氣凈化裝置放置于需要處理的含氡氣的密閉環(huán)境中；啟動(dòng)隔膜泵3，調(diào)節(jié)第一流量控制閥門4和第二流量控制閥門6，使含氡氣的污染空氣從進(jìn)氣喇叭口進(jìn)入裝置，經(jīng)過洗滌、活性炭吸附和改性活性炭吸附，除去環(huán)境中的氡氣，除氡后的空氣再經(jīng)過高效過濾器13從尾端排出，過濾掉氡子體和懸浮顆粒，得到潔凈空氣；
裝置連續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間后，經(jīng)氡氣檢測(cè)儀檢測(cè)到密閉環(huán)境中氡氣濃度小于標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，關(guān)閉第一流量控制閥門4和第二流量控制閥門6，再關(guān)閉隔膜泵，完成除氡凈化過程。
在不同的密閉環(huán)境中，改變空氣流量對(duì)環(huán)境中的氡氣進(jìn)行處理，除氡效果良好，結(jié)果如下表：
表