防辐射用活性炭

众所周知，气体污染物危害人体健康。随着人类文明的进步，人们对生活环境和工作环境更加重视，并提出了更高的要求。然而，事与愿违，随着工业污染日益严重，环境也日益恶化。

18世纪末至20世纪中叶，大气污染主要是由煤炭的大量燃烧而引起的“煤烟型”污染，其主要污染物是烟尘、二氧化硫等。20世纪50年代以来，燃油机车数量剧增，又出现了“石油型”的广域污染。主要污染物为重金属飘尘、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、烃等。迅猛发展的化学工业产生的多种有害气体及核工业的放射性气体等也加剧了大气污染。据联合国发表的资科，发达国家因大气污染而造成的包括人员致病率、死亡率的增加，动植物、建筑、文物、景观的损失等社会代价占国民生产总值的3％～5％。我国的大气污染状况也是世界上严重的少数几个国家之一。

随着化学工业的发展，出现了许多毒性很高且使用量大的化学品，这些有毒化学品在生产、储存及搬运过程中，容易出现泄漏或意外事故，对人们的生命安 全造成威胁，如化工厂的氯气爆炸和化学品泄漏事件等。此外，目前人们还面临化学武器、生化武器及恐怖主义的威胁。

活性炭因具有良好的吸附性能而被称为“万 能吸附剂”。活性炭吸附法，是控制大气污染、净化环境空气的一种重要手段，是环境保护的一项有效措施。其用例见表1-1。

表1-1 环境保护

国内外活性炭的生产与应用都开展的比较晚。欧美在20世纪初开始发展活性炭的生产。我国的活性炭工业在20世纪50年代才真 正建立起来，在70年代取得较大的发展。在我国，20世纪70年代前，活性炭的应用主要集中于糖用、药用和味精工业：20世纪80年代后，扩展到水处理和环保等行业，20世纪90年代，除以上领域外，活性炭领域被进一步扩大到溶剂回收、食品饮料提纯、空气净化、脱硫、载体、医药、黄金提取、半导体应用等领域。另外，在国防和民用工业中，使用填装活性炭的各种防毒面来防御毒气和有害气体；在核反应堆的操作中，利用活性炭吸附混入保护气体中的氯和氮以及放射性氙和氮等。

在核反应时，核反应堆会放出如放射性碘、氪、氙等有害物质，利用浸渍碘的活性炭可以吸附放射性的碘，并消除受放射性污染的气体的核污染。在人工控制下，人们已通过成功地获得U和Pu的核裂变能而把原子能用于动力、发电等。对于原子能工业，防止核裂变产生的气体污染是一大项重要技术。近年来发生的严重核事故，例如三里岛（美国，1979年，5级）、切尔诺贝利（苏联，1986年，7级）、圣彼得堡（俄罗斯，1992年，3级）等，加重了人们的核恐惧，因而对核污染的控制应该更加严格。与通常的化学工业生产中产生的有害气体的浓度相比，原子能设施中产生的放射性气体要少得多，但对放射性气体的捕集或除去的效率要求却非常高。

目前，用活性炭吸附处理核裂变气体废弃物的方法开始受到关注。与采用过滤、离子交换及蒸发浓缩等比较成熟的处理核分裂的液体废弃物的技术相比，对气态废弃物（即裂变气体）的处理还较为困难，特别是核分裂时所形成的放射性碘、氙、氪等，必 须充分注意到它们的危害性。因此，近年来，人们开始关注处理裂变气体的合适而安 全的方法-吸附技术。该法除了用吸附法来分离除去裂变气体外，活性炭还起到滞留床的作用，可以给裂变气体一定的停留时间，通过衰变使放射能衰减，从而有效地把放射性污染除去，控制放射性污染。

原子能设施排放气体中所含的放射性碘，可以用设置在排气管前面的活性炭过滤器除去。所用活性炭是添加了碘化钾或碘的粒状活性炭。活性炭吸附法也可用来捕集甲基碘（CH₃I）等有机碘化物及碘酸（HIO₃、HIO₄等）。活性炭的吸附性能比氧化铅、硅胶等好，因而活性炭比其他吸附剂优越。

用于除去放射性碘的活性炭过滤器中使用的活性炭是添加了碘化钾或碘的椰子壳活性炭。其填充密度为0.44～0.48。用设置在排气管前面的活性炭过滤器可以除去排出气体中含有的放射性碘。该设计的处理能力为：在压力降不超过28mmHg时，每分钟处理28㎡空气。目前，活性炭制的稀有气体滞留装置，作为降低从沸水型原子炉（BWR）中排出气体中的放射能的一种方法，正在被深入研究并具有实际应用前景，其可望效果比至今一直使用着的稀有气体衰减槽法好得多。该装置主要利用稀有气体被活性炭吸附的这一特性，同时把活性炭层作为滞留床使用。当含氙的空气通过活性炭层时，氙在活性炭层中的移动速显著地比在空气中小，¹³³Xe（半衰期为5.27d）等半衰期短的稀有气体，在移动过程中滞留在活性炭层中被吸附，然后消失。

除了吸附法以外，还可用其他方法处理含放射性稀有气体的废气（包括捕集半衰期长达10.27a的⁸⁵Kr），如溶剂吸收法、液化法、隔膜渗透法等。分离回收半衰期长的放射性元素氪（⁸⁵Kr，半衰期10.27a）的现实性zui大的方法包括活性炭吸附法、深度冷冻分离法和渗透膜法，但是在现阶段，上述方法都还没有达到实际使用的地步。其原因除因活性炭具有在冷却、加热时需要较长时间而导致热效率变差的缺点以外，还有因为被处理的气体中混有杂质而容易引起爆炸性事故。为了改进活性炭吸附法的上述缺点，目前正在进行研究的还有在加压下吸附、在减压下脱附循环操作的压力交换法，以及把热循环法和压力变换法相结合的在低温下吸附、在减压下脱附的方法。