吸氡活性炭微波解吸方法与实验研究

发布时间：2020-06-03 17:52

【摘要】：氡是唯一的天然放射性气体,氡及其子体对人类受到的天然辐射的共献也是最大的。氡一旦进入人体内,其衰变产生的α、β射线会在肺部形成内照射,由此造成的辐射损伤可能引起肺癌,所以人类应该对环境中的氡浓度进行更为深入的研究及有效控制。对于地下工程中人员常工作的环境,由于岩体不断地析出氡气,局部的氡浓度可能很高,在不适合利用通风的方式来除氡的情况下,可以利用局部的连续除氡装置除氡。活性炭是局部除氡装置中最常见的吸附剂,因为活性炭的吸氡能力是有限的,连续除氡装置一般采用加热的方式解吸已经吸氡饱和的活性炭。目前国内外的降氡装置,采用电加热解吸活性炭,这种加热方式存在活性炭加热不均匀、能耗高、耗时长等缺点,而微波技术作为一种新型的加热技术,正好体现了其均匀性好、能耗低和效率高的优点。因此,本论文主要开展利用微波加热技术对吸氡活性炭进行加热解吸的方法和实验研究。本文探讨了吸氡活性炭微波解吸的方法,设计了吸氡活性炭微波解吸的实验装置,开展了利用微波对吸氡活性炭加热的升温特性研究,进行了不同加热条件下活性炭的升温和降温对比实验,探究了活性炭不同深度的升温规律以及不同因素对活性炭升温及损耗的影响,测试了微波解吸活性炭过程中的影响因素及规律,分析了微波解吸吸氡活性炭应用到工程中的可行性。实验发现:微波可以均匀地加热吸氡活性炭,加热25分钟后,不同深度活性炭温度变化幅度在2.7%之内;当温度同样到达150℃,微波需要3分钟,而电加热需要9分钟,微波加热能耗低,而且微波加热后的降温性能也优于电加热。影响活性炭升温和损耗的五个因素分别为微波功率、气流率、活性炭含水率、活性炭质量以及不同种类和粒径的活性炭;微波功率越大,气流率越小,含水率越小,活性炭质量越小,并且使用小粒径的木质或者椰壳活性炭,导致活性炭的升温速率越快,最高温度越高,不过损耗率也越大;对实验数据运用不同函数模拟活性炭的升温特性并进行对比,发现活性炭在微波场中的升温分为两个阶段,第一阶段呈线性函数关系式,第二阶段呈二次多项式函数关系。微波具有优异的性能解吸吸氡活性炭:解吸气流率一定时,微波功率较高、活性炭含水率较高且堆积密度较小时,解吸效果较好;微波解吸活性炭效果显著,在本实验中,得到的活性炭最大的解吸率达到97.6%;活性炭再生后损耗率低,连续五次吸附、解吸,总的损耗率为2.65%。本研究成果可为实际应用中活性炭降氡装置中的解吸过程提供关键技术。
【图文】：

技术路线图,技术路线,微波发生器

3.4. 实验准备3.2.1. 微波发生器的设计与制作根据实验要求定制的微波发生器（内部腔体的尺寸，280 mm×190 mm×280 mm），该微波发生器具有功率在 0~1100W 连续可调的功能。频率为 2450MHz。微波发生器配装一个长方体中空的微波抑制器（内部腔体的尺寸，150 mm×60 mm×300 mm），可以有效抑制了微波的泄露情况，同时内部的碳床与外界可通过管子连接。如图 3.2 所示。微波发生器上装有阳极电流表，通过改变阳极电流表电流的大小改变微波功率的大小，其具体关系如表 3.1 所示[34]。图 3.1 技术路线

微波发生器

图 3.2 微波发生器量方法的选择需要达到较高的温度。由于微波具有选择性加热的特料，而物料外整个腔体内的环境不进行加热，所以像通量物料温度的方式是行不通的，必须测量物料内部中心。一般的测量温度的仪器例如煤油温度计、水银温度计不可取的，因为热电偶由金属的导线构成，在微波环磁场，，水银本身也是一种吸收微波的物质，这大大增加了中上述的测量手段不可行。验中的温度测量方法的选择，我们需要考虑以下几点因收微波能量而导致测量误差；测量的结果足够准确；量
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TL81

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