水浸泡-冻融循环和多过程耦合改性活性炭制备高效吸氡材料

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氡(222Rn)是一种天然的放射性惰性气体,广泛存在于岩石、土壤、地下水等地方,氡及其子体的衰变过程具有放射性,会对人体的细胞造成辐射损伤,世界卫生组织研究称,氡及其子体是人类患肺癌的第二大诱因。因此,需要对氡水平较高的场所进行降氡处理,以保护人类的生命健康。常见的降氡手段包括吸附过滤除氡、通风降氡、墙面涂料阻氡。在一些氡水平较高,不易通风和对墙面进行涂料阻氡的场所,例如矿道、地下设施等,采用高效吸附材料吸附除氡就是一种很有效的手段,而活性炭具有发达的孔隙结构,较高的比表面积,成本低易量产,是一种应用广泛的吸附材料。椰壳活性炭对氡有很好的的吸附作用,但是单位质量的椰壳活性炭吸附处理含氡空气的体积是有限的,很有必要进一步提高其吸氡能力,以便有限质量的活性炭能吸附去除更多的氡气。本文以水浸泡-冻融循环改性方法和多过程耦合改性活性炭方法为手段,研究冻融循环次数与冻融循环温度对改性活性炭的影响;研究水浸泡-冻融循环改性、液氮浸泡蒸发改性、微波改性这三种方法两两之间耦合改性,三种方法耦合改性后对活性炭氡吸附系数的影响,探究耦合改性方法的种类、数量、顺序对活性炭的影响,并与单一方法改性进行对比。研究结果表明水浸泡-冻融循环改性和多过程耦合改性都能有效提升活性炭的吸氡能力。在20℃冷冻温度和50℃融化温度下,活性炭进行4次水浸泡-冻融循环改性后的吸氡能力最好,氡吸附系数为5.25±0.06L·g-1,比活性炭原料提升了20%;在-80℃冷冻条件下,改性2次后活性炭的氡吸附系数为5.42±0.06L·g-1,提升了24%;在-196℃冷冻条件下,改性3次后活性炭的氡吸附系数为5.31±0.07L·g-1,提升了22%。改变融冰温度对活性炭改性没有影响。水浸泡-冻融循环改性后活性炭在经过5次重复使用后,吸附性能仍能保持一定的稳定。水浸泡-冻融循环改性后活性炭的表观形貌发生了明显的变化,产生了裂纹和新的孔隙结构。孔容积和微孔比表面积明显增加且与吸氡能力呈一定的正相关性。在两种方法耦合改性中,液氮-冻融耦合改性效果最佳,活性炭的氡吸附系数为6.22±0.11L·g-1,比原料提升了43%;在三种耦合方法改性中,液氮-冻融循环-微波耦合改性效果最佳,活性炭的氡吸附系数为6.35±0.13L·g-1,提升了46%。多过程耦合改性活性炭在重复使用后氡吸附系数略微降低且在一定范围内保持稳定。水浸泡-冻融循环改性是一种创新环保且低成本的提升活性炭吸氡能力的方法,为活性炭改性提供一种新的思路。多过程耦合改性能解决单一改性方法能力提升受限的问题,进一步提升活性炭的氡吸附能力,为提高活性炭的吸附能力拓宽了思路。
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