[发明专利]一种碳分子筛用于氡和氙气的分离方法

说明书

技术领域

本发明涉及惰性气体的分离，以碳分子筛为吸附剂填充吸附床，采用三种分离方式将氡、氙气体有效分离，为环境监测与生态保护提供了多样的技术服务。

背景技术

文献检索披露：中山大学邓继勇等人发明号为98113266.9《活性炭纤维用于吸附氙气的新方法》的专利，揭示在真空的系统中，将活性炭纤维与不同压力的氙气接触并吸附一段时间，达到富集氙的目的。另德国林德股份公司阿尔弗雷德·万纳等人发明号为CN1929455《通过空气的低温分离获取氪和/或氙的方法》的专利，是将压缩及被净化的空气，导入一个用于氮-氧分离的精馏系统中，经高压塔、低压塔、蒸发器等装置提取氪-氙体的浓缩物。目前所公知的富集氡的方法，也是采用活性炭盒在环境温度下吸附，用于研究氡的析出率。因此说去氡是富集氙的重要技术，本发明采用的活性炭和碳分子筛，比活性炭纤维吸附氙的能力要强。由于氡和氙都是惰性气体，含量低，在进行氙的活性炭或碳分子筛吸附富集过程中，需要采用吸附分离技术，将氡分离去除。本发明采用的三种实现氙和氡的分离方式，既可用于核反应堆、核电站等场所氙富集过程中除氡设计及氡析出率的研究，也适合铀矿及高氡场所降氡的研究等，为环境监测、化工生产及生态保护提供新的技术手段及措施。

发明内容

本发明的目的在于：提供碳分子筛用于氡氙气体的三种分离的方法，合理可靠，操作便捷，使仪器及装置的利用率得到较大的提升，也为环境监测及生态保护增添新的措施，有重要的实践意义。

本发明目的是这样实现的：一种碳分子筛用于氡和氙气的分离方法，以A、B、A+B除氡的分离模式；均采用碳分子筛的吸附床，经检测验证其分离效果；

A、动态吸附性能差异分离法：

(1)配制浓度为20-200ppm的氙气体，流经碳分子筛吸附床，每隔4-5分钟检测其流出浓度；得到氙的流出曲线，计算氙的动态吸附系数k_d，Xe值；

(2)取含氡40×10⁴-80×10⁴Bq/m³的气体，经13X分子筛床，去除气体中水分，然后进入碳分子筛床，用测氡仪测量流出氡的浓度，得到氡的流出曲线，计算氡的动态吸附系数k_d，Rn值；

B、解吸性能差异的分离法：

将已吸附氡和氙的吸附床，抽真空10-30kPa，加热220-280℃，保持20-60分钟，用5-10cm/分钟的高纯氮气，洗脱氡和氙气体，再用色谱和测氡仪测量氙和氡的浓度，并计算氡和氙的流出体积；以体积差异，实现氙和氡的分离；

C、A+B除氡的分离法

结合A、B分离法，其解吸含有氡和氙的吸附床，控制解吸气体体积，实现氡和氙的分离；解吸气体依次流经13X分子筛吸附床、串联的吸附床，氡吸附在氡吸附床上，氙吸附在氙吸附床上，实现氡和氙的分离。

所述的分离方法，吸附床长40-80cm、内径0.8cm、装量7-13g、恒温0-50℃，气体流量在180-230cm³/分钟条件下，得到的氡、氙动态吸附系数k_d，Rn、k_d，Xe差异较大。

所述的分离方法，碳分子筛在使用前需在180-220℃，烘干3-5小时，除杂质、冷却、填充吸附床，在200-220℃的温度下通氮气活化。

所述的分离方法，选用的碳分子筛、13X分子筛为市售产品，吸附床均为自制。

本发明构思与方法的实现，利用了物质的基本属性与原理，对仪器进行了著有成效的利用探究，设计完成的氡氙气体的三种分离方法具体为：一是氡、氙动态吸附性能差异分离法，利用氡和氙在吸附剂上的动态吸附性能的差异，设计的串联吸附床，在混合气体流经时，氡被吸附保留在氡吸附床，氙流经氡氙吸附床，被氙吸附床保留，实现氡和氙的分离。二是氡、氙解吸性能差异分离法：利用不同解吸温度下氡和氙解吸性能的差异，加热解吸时，使氙完全流出吸附床而氡保留在吸附床上，实现氡和氙的分离。三是结合上述一、二法的氡、氙动态吸附性能和解吸性能差异分离氡和氙，在氙的多级富集过程中除氡，使除氡彻底。

本发明利用氡和氙在吸附剂上的动态吸附系数差异或解吸体积不同来分离氡和氙，分离因子为20-100，分离效果明显；如果两种分离氡和氙的方法结合使用，氡含量为10000Bq/m³时，单次分离的氡分离因子可达10⁴-10⁵，两次分离的氡分离因子可大于10⁵。

本发明的技术特点：