一种核电厂气态流出物中放射性氪氙的常温分离装置的制作方法

1.本实用新型涉及环境监测技术领域，具体涉及一种核电厂气态流出物中放射性氪氙的常温分离装置。


背景技术：

2.核电站反应堆运行、地下核试验、乏燃料后处理等人类核活动均会产生放射性惰性气体，通过废气排放系统排入环境均会造成环境污染。比较关注的放射性惰性气体有
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kr、
131m
xe、
133m
xe、
133
xe、
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xe等，一方面是由于这些核素具有相对较长的半衰期，易在环境中累积，具有一定的环境指示意义，另一方面是由于这些核素是核设施运行和乏燃料后处理、核事故等释放的重要放射性核素，造成全球环境大气中浓度的变化，对全球公众造成了辐射影响。
3.惰性气体是一类重要的工业气体，具有极高的商业应用价值。例如高纯xe气被广泛用于发光、电子工业保护气、激光、医用麻醉、空间离子推进等领域。鉴于惰性气体在电光源、半导体产业和医疗等行业产生的巨大社会效益和经济效益，惰性气体的供应及需求以及一些新用途无疑已成为全球范围内最具吸引力的气体商品，核电厂气态流出物中放射性氪气和氙气的分离既能大大减少放射性废气向环境中的排放量，又能得到商业可用的高纯惰性气体。
4.现有技术中，一般采用低温精馏法或低温活性炭冷阱的方法分离纯化放射性惰性气体，这些方法投资成本高、运行能耗高、操作复杂，并且废气处理过程中富集的no
x
气体会使活性炭吸附床有爆炸的风险。


技术实现要素：

5.有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本实用新型的目的是提供一种核电厂气态流出物中放射性氪氙的常温分离装置，其能够在常温条件下快速高效的实现放射性惰性气体氪气和氙气的分离与收集，没有爆炸的风险。
6.为了达到上述目的，本实用新型采用以下的技术方案：
7.一种核电厂气态流出物中放射性氪氙的常温分离装置，包括用于吸附放射性氪气的第一分离器和用于吸附放射性氙气的第二分离器，所述第一分离器和所述第二分离器依次连通，所述第一分离器前设置有核电厂气态流出物进口，所述第二分离器后设置有核电厂气态流出物出口，核电厂气态流出物依次通过所述第一分离器和所述第二分离器，所述第一分离器内设置有用于吸附所述放射性氪气的第一吸附材料，所述第二分离器内设置有用于吸附所述放射性氙气的第二吸附材料。第一分离器和第二分离器依次连通，第一分离器内装有用于吸附放射性氪气的第一吸附材料，第二分离器内装有用于吸附放射性氙气的第二吸附材料，在常温条件下，核电厂气态流出物依次通过第一分离器和第二分离器，第一吸附材料和第二吸附材料分别依次将放射性氪气和放射性氙气吸附在第一分离器和第二分离器中，从而实现核电厂气态流出物中放射性氪氙的常温分离。
8.上述技术方案中，优选地，所述第一吸附材料为sbmof，所述第二吸附材料为fmofcu。其中，第一吸附材料sbmof，其制备方法包括如下步骤：将13mmol的cacl2和13mmol的sdb(4,4-磺酰基二苯甲酸酯)加入至120ml的乙醇溶液中，搅拌2h以获得均一溶液。将所得溶液置于180℃下反应3d，获得无色、针状晶体，用无水乙醇洗涤多次，再用dmf洗涤至晶体中的sdb完全移除。将获得的sbmof置于真空干燥箱中于100℃下活化12h；第二吸附材料fmofcu，其制备方法包括如下步骤：将0.1mmol的硝酸铜(0.024g)与0.31mmol的2,20-双(4-羧基苯基)六氟丙烷(cphfp，0.122g)溶解于5ml去离子水中，在150℃下水热反应12小时，用10ml dmf反复洗涤产物以除去过量的cphfp，然后在空气中干燥1小时。
9.上述技术方案中，进一步优选地，还包括循环吸附装置，所述循环吸附装置包括设置在所述第一分离器前的第一三通阀、设置在所述第二分离器后的第二三通阀、以及连通所述第一三通阀和所述第二三通阀的循环管路，所述循环吸附装置用于供所述核电厂气态流出物循环通过所述第一分离器和所述第二分离器。循环吸附装置的设置使得核电厂气态流出物可以循环通过第一分离器和第二分离器，从而提高放射性氪气和放射性氙气的吸附量，无需增加冗余的分离器。
10.上述技术方案中，更进一步优选地，所述第一三通阀的第一口部与所述核电厂气态流出物进口连通，所述第一三通阀的第二口部与所述第一分离器连通，所述第一三通阀的第三口部与所述循环管路连通，所述第二三通阀的第一口部与所述第二分离器连通，所述第二三通阀的第二口部与所述循环管路连通，所述第二三通阀的第三口部与所述核电厂气态流出物出口连通。
11.上述技术方案中，再进一步优选地，还包括用于给所述第一分离器加热以使吸附在所述第一分离器上的所述放射性氪气解吸的第一加热装置、用于给所述第二分离器加热以使吸附在所述第二分离器上的所述放射性氙气解吸的第二加热装置、用于收集解吸的所述放射性氪气的第一管路和第一收集装置、以及用于收集解吸的所述放射性氙气的第二管路和第二收集装置，所述第一管路设置在所述第一分离器和所述第二分离器之间，所述第一管路连通所述第一收集装置，所述第二管路设置在所述第二分离器后，所述第二管路连通所述第二收集装置。通过第一加热装置、第一管路和第一收集装置实现放射性氪气的收集，通过第二加热装置、第二管路和第二收集装置实现放射性氙气的收集。
12.上述技术方案中，还进一步优选地，所述第一分离器和所述第二分离器之间设置有第三三通阀，所述第三三通阀的第一口部和第二口部分别连通所述第一分离器和所述第二分离器，所述第三三通阀的第三口部连通所述第一管路，所述第二分离器和所述循环吸附装置之间还设置有第四三通阀，所述第四三通阀的第一口部和第二口部分别连通所述第二分离器和所述循环吸附装置，所述第四三通阀的第三口部连通所述第二管路。
13.上述技术方案中，且进一步优选地，还包括分别用于监测所述第一分离器和所述第二分离器温度的第一温度传感器和第二温度传感器以及用于分别控制所述第一加热装置和所述第二加热装置温度的温度控制器，所述温度控制器分别与所述第一加热装置和所述第二加热装置连接，所述温度控制器还分别与所述第一温度传感器和所述第二温度传感器连接。通过设定温度控制器、第一温度传感器和第二温度传感器，可以控制第一加热装置和第二加热装置的加热温度，从而其温度有利于放射性氪气和放射性氙气的解吸，两种气体的解吸温度均为150℃。
14.上述技术方案中，更进一步优选地，所述第一分离器前还设置有依次连通的压力计、流量计和过滤器，所述进气口设置于所述压力计前，所述第一三通阀的第一口部与所述过滤器连通，所述过滤器内设置有聚合物渗透膜，所述过滤器用于除去所述核电厂气态流出物中的水分、二氧化碳和氧气。经过过滤器可以几乎完全去核电厂气态流出物中的水、o2和co2，将有利于后续第一分离器和第二分离器中放射性氪气和放射性氙气的分离与收集。
15.上述技术方案中，再进一步优选地，所述聚合物渗透膜为硅橡胶膜或醋酸纤维素膜或聚酰亚胺膜。
16.与现有技术相比，本实用新型的有益之处在于：
17.本实用新型的核电厂气态流出物中放射性氪氙的常温分离装置，设置依次连通的第一分离器和第二分离器，第一分离器内装有用于吸附放射性氪气的第一吸附材料，第二分离器内装有用于吸附放射性氙气的第二吸附材料，在常温条件下，核电厂气态流出物依次通过第一分离器和第二分离器，第一吸附材料和第二吸附材料分别依次将放射性氪气和放射性氙气吸附在第一分离器和第二分离器中，从而实现核电厂气态流出物中放射性氪氙的常温分离。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本实用新型优选实施例中核电厂气态流出物中放射性氪氙的常温分离装置的结构示意图；
20.其中：压力计-1；流量计-2；第二分离器-3；过滤器-4；第一三通阀-5；第一分离器-6；第一吸附材料-7；第三三通阀8；第二吸附材料-9；温度控制器-11；第四三通阀-12；第二三通阀-13；第一管路-14；第二管路-15；总管路-16。
具体实施方式
21.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
22.参照附图1，一种核电厂气态流出物中放射性氪氙的常温分离装置，包括依次连通的压力计1、流量计2、过滤器4、第一分离器6和第二分离器3，压力计1前设置有核电厂气态流出物进口，第二分离器后设置有核电厂气态流出物出口。第一分离器6内设置有用于吸附放射性氪气的第一吸附材料7，第二分离器3内设置有用于吸附放射性氙气的第二吸附材料9。
23.其中，过滤器4内设置有聚合物渗透膜，聚合物渗透膜为硅橡胶膜，当然也可以选择醋酸纤维素膜或聚酰亚胺膜，过滤器4主要用于除去核电厂气态流出物中的水分、二氧化
碳和氧气。
24.其中，第一吸附材料7为sbmof，其制备方法包括如下步骤：将13mmol的cacl2和13mmol的sdb(4,4-磺酰基二苯甲酸酯)加入至120ml的乙醇溶液中，搅拌2h以获得均一溶液。将所得溶液置于180℃下反应3d，获得无色、针状晶体，用无水乙醇洗涤多次，再用dmf洗涤至晶体中的sdb完全移除。将获得的sbmof置于真空干燥箱中于100℃下活化12h；第二吸附材料9为fmofcu，其制备方法包括如下步骤：将0.1mmol的硝酸铜(0.024g)与0.31mmol的2,20-双(4-羧基苯基)六氟丙烷(cphfp，0.122g)溶解于5ml去离子水中，在150℃下水热反应12小时，用10ml dmf反复洗涤产物以除去过量的cphfp，然后在空气中干燥1小时。
25.第一分离器6和过滤器4之间设置有第一三通阀5，第一分离器6和第二分离器3之间设置有第三三通阀8，第二分离器3后设置有第四三通阀12和第二三通阀13，第一三通阀5和第二三通阀13之间设置有循环管路。第一分离器6外部设置有用于给第一分离器6加热以使吸附在第一分离器6上的放射性氪气解吸的第一加热装置，第二分离器3的外部设置有用于给第二分离器3加热以使吸附在第二分离器3上的放射性氙气解吸的第二加热装置，第一加热装置和第二加热装置分别连接有用温度控制器11，另外温度控制器11还连接有用于监测第一分离器6温度的第一温度传感器和用于监测第二分离器3温度的第二温度传感器。
26.其中，第一三通阀5的第一口部与过滤器4连通，第一三通阀5的第二口部与第一分离器6连通，第一三通阀5的第三口部与循环管路连通；第三三通阀8的第一口部与第一分离器6连通，第三三通阀8的第二口部与第二分离器3连通，第三三通阀8的第三口部与第一管路14连通，第四三通阀12的第一口部与第二分离器3连通，第四三通阀12的第二口部与第二三通阀13的第一口部连通，第四三通阀12的第三口部与第二管路15连通；第二三通阀13的第一口部与第四三通阀12的第二口部连通，第二三通阀13的第二口部与循环管路连通，第二三通阀13的第三口部与核电厂气态流出物出口连通。
27.另外，第一管路14和第二管路15具有共用的总管路16，通过总管路16连通有用于收集放射性氪气或者放射性氙气的收集装置，当然也可以不选用总管路16，则第一管路14和第二管路15分别连通第一收集装置和第二收集装置，第一收集装置用于收集放射性氪气，第二收集装置用于收集放射性氙气。
28.工作原理：
29.核电厂气态流出物依次通过压力计1、流量计2、过滤器4、第一分离器6和第二分离器3，第一分离器6和第二分离器3分别吸附放射性氪气和放射性氙气，并打开循环管路，剩余的气态流出物实现在第一分离器6和第二分离器3上多次循环吸附以使得放射性氪气和放射性氙气吸附更为彻底，而后温度控制器11控制第一加热装置和第二加热装置给第一分离器6和第二分离器3加热以使吸附在第一分离器6上的放射性氪气以及吸附在第二分离器3上的放射性氙气解吸，加热温度为150℃，而后分别打开第一管路14通过第一收集装置收集放射性氪气，打开第二管路通过第二收集装置收集放射性氙气，从而实现常温条件下核电厂气态流出物中放射性氪气和放射性氙气的分离以及收集。
30.上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。