一种基于改性活性炭吸附氡气的空气净化装置及方法、改性活性炭制备方法
技术领域
本发明属于环境保护和放射性辐射防护技术领域，具体涉及一种基于改性活性炭吸附氡气的空气净化装置及方法、改性活性炭制备方法。

背景技术
氡是无色、无味的放射性惰性气体，常以单质形态存在于空气中。氡的放射性同位素有27种，除了219
Rn、220
Rn、222
Rn是天然放射性同位素外，其余都是人造同位素。氡同位素中最重要、寿命最长的是222
Rn，半衰期为3.82d，放出的α粒子能量为5.489MeV，是钍、镭等放射性元素的衰变产物，并经进一步衰变后产生一系列子体，最后变成稳定的206
Pb。222
Rn的来源及其衰变过程如下：

222
Rn在衰变过程中会释放4个α粒子和4个β粒子，β辐射可导致DNA单链断裂，α辐射可导致无法修复的DNA双链断裂。放射性氡气是世界卫生组织(WHO)公布的19种主要的环境致癌物质之一。氡气一旦被吸入人体，会聚集在人体肺部，衰变产生的α粒子和β粒子持续对呼吸系统造成辐射损伤，从而引发肺癌。氡气是目前肺癌的第二大致病因素。
密闭的生活和工作环境中氡气来源于建筑材料(如水泥、砖石砌体、墙体装饰等)、土壤或岩石包围(如地下工程)等，氡浓度超过卫生标准就会严重威胁人体健康。我国《民用建筑工程室内环境污染控制标准》(GB50325-2020)中Ⅰ、Ⅱ类民用建筑工程室内氡浓度控制限量均为不大于150Bq/m3
。
近几年，肿瘤靶向治疗核药受到人们极大关注，成为投资和研究的热点。医用放射性同位素是核药的原料，其供应短缺限制了核药的发展。225
Ac的半衰期为9.92d，发射5.8MeV的α粒子，具有电离作用大、穿透力小、对肿瘤细胞杀伤力强的特点，是非常理想的肿瘤治疗放射性核素。225
Ac可通过226
Ra(p,2n)225
Ac反应和
226
Ra(γ,n)225
Ra(β-衰变)225
Ac反应规模化生产。但这些方法需要使用226
Ra为靶材，生产过程会产生放射性气体222
Rn，对工作人员的身体健康带来风险。
比较国家氡及其子体的防控标准，一些国防军工及民用地下工程等有限封闭环境中的氡及子体浓度一般超标数倍；以226
Ra为靶材生产225
Ac的某些车间环境中超标几个数量级。对这些环境中氡污染进行防治是很有必要的。
现有技术主要通过以下三个方法进行除氡：
通风排风法，是采用压入式通风模式将工作区域外部低氡含量的空气通入并置换工作区域的高氡含量的空气，降低工作区域氡含量，是一种“稀释”的降氡方法，该方法适用于大型地下工程场所；
封堵屏蔽法，是采用防氡材料涂抹或者粘接安装在墙体或地面表面，阻止氡的析出，是一种“堵”的降氡方法，该方法当墙体或地面应力结构发生变化时，防氡涂料容易产生裂纹或者脱落，造成防氡性能严重下降；
吸附法，是采用活性炭等吸附材料对工作区域空气中的氡进行吸附滞留，达到降氡净化空气的目的。由于活性炭具有比表面积大、微孔结构发达、化学稳定性好、惰性气体吸附性强等特点，国内外对基于活性炭吸附降氡的方法进行了广泛研究。活性炭的降氡效果受到多种因素的影响，特别是温度和湿度对活性炭吸附能力的影响非常显著，研究表明29℃时活性炭的最大降氡率为43％，而11℃时活性炭的最大降氡率约为60％。
综合对比上述三种氡防护方法，封堵屏蔽降氡能够防止氡气析出，但工程量大、建设费用高，适用于氡析出率高的区域进行局部除氡；通风排风降氡效果稍低于封堵屏蔽降氡，但其工程量适中，建设费用小，适合于大型地下工程环境降氡；吸附降氡可采用移动降氡装置，除氡效果较好，适用于中小空间的除氡，特别适合于以226
Ra为原料生产225
Ac的密封热室中除氡。但采用活性炭作为吸附材料需要低温干燥的条件，设备复杂，成本较高，运维困难；采用MOFs、分子筛等多孔材料作为吸附材料，降氡效果好，但成本昂贵。所以，需要开发低成本、常规条件下降氡效果好的吸附材料，简化设备，降低成本。

发明内容
为了克服现有活性炭吸附技术中需要低温干燥条件，除氡装置必须有空气压缩机、制冷机或液氮冷却、水气分离器等，设备复杂，成本高的不足，本发明利用活性炭比表面积大和油酸能溶解氡气的特点，将一定量油酸负载于活性炭表面提高活性炭在高湿度条件下对氡气的吸附能力，提出了一种基于改性活性炭吸附氡气的空气净化装置及方法、改性活性炭制备方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一种基于改性活性炭吸附氡气的空气净化装置，包括进气喇叭口、中效过滤器、隔膜泵，第一洗涤瓶，第二洗涤瓶，活性炭过滤器、改性活性炭过滤器、高效过滤器、阀门和管道。
含氡气的污染空气从进气喇叭口进入，通过中效过滤器过滤掉固体颗粒，由隔膜泵提供动力使含氡空气依次通过第一洗涤瓶和第二洗涤瓶，有机洗涤液吸收大部分氡气，洗涤后的空气随后进入活性炭过滤器，洗涤过程中产生的有机洗涤液气溶胶被活性炭吸附，然后空气进入改性活性炭过滤器，空气中残余的氡气被改性活性炭吸附，再经高效过滤器过滤微小颗粒后得到洁净空气。
进一步地，所述第一洗涤瓶和第二洗涤瓶盛有能溶解氡气的有机洗涤液，第一洗涤瓶和第二洗涤瓶串联，增加吸收氡气的效果；
进一步地，所述有机洗涤液，是指高沸点、能溶解氡气的有机液体；
进一步地，所述有机洗涤液，是指氡气在其中的溶解度比氡气在水中的溶解度大20倍以上的有机液体；
进一步地，所述有机洗涤剂，是指能溶解氡气的有机液体，特别是指油酸，或含油酸的茶油、花生油和橄榄油等；
进一步地，所述油酸，其化学名为：顺-9-十八碳烯酸，化学式为：C18
H34
O2
，结构式如图1。
进一步地，所述活性炭颗粒，是市售活性炭，粒度10～20目，比表面积500～1000m2
/g；
进一步地，所述改性活性炭颗粒，是将一定量油酸负载于活性炭表面，提高其在高湿度条件下对氡气的吸附能力。
作为本发明的进一步改进，当本发明的装置用于氡气浓度适中，氡气总量不大的密闭环境时，可以简化去掉两个洗涤瓶和流量控制阀门，装置结构更简单。
一种改性活性炭颗粒的制备方法，包括如下步骤：
量取一定体积的有机洗涤液，加入19倍体积的无水乙醇，配制成体积浓度为5％的有机洗涤液乙醇溶液；
称取一定量的活性炭颗粒于圆底烧瓶中，加入一定体积的上述5％有机洗涤液乙醇溶液，超声分散30分钟；
在旋转蒸发仪上蒸发除去无水乙醇，得到改性活性炭颗粒。改性活性炭中有机洗涤液与活性炭的重量比为5％～30％，最佳值为10％～20％。
一种基于改性活性炭吸附氡气的空气净化方法，其技术原理是利用油酸是氡气的良性溶剂，以及活性炭比表面积大的优势，改性活性炭在高湿度条件下对氡气有良好的吸收能力，具体空气净化步骤如下：
启动隔膜泵，调节第一流量控制阀门和第二流量控制阀门，使含氡气的污染空气从进气喇叭口进入装置，经过洗涤、活性炭吸附和改性活性炭吸附，除去环境中的氡气，除氡后的空气再经过高效过滤器从尾端排出，过滤掉氡子体和悬浮颗粒，得到洁净空气；
装置连续运行一段时间后，经氡气检测仪检测到密闭环境中氡气浓度小于标准要求时，关闭第一流量控制阀门和第二流量控制阀门，再关闭隔膜泵，完成除氡净化过程。
本发明的有益效果是：
一种基于改性活性炭吸附氡气的空气净化装置，设备简单，操作方便，所用原料易得，成本低，使用寿命长，除氡效果好。
一种基于改性活性炭吸附氡气的空气净化装置，利用氡气在油酸中溶解度较大的特点，用两个洗涤瓶吸收大部分氡气，吸收容量大，运行时间长，可用于高浓度氡气环境的空气净化。
一种基于改性活性炭吸附氡气的空气净化装置，结合油酸是氡气的良性溶剂以及活性炭比表面积大的优势，制备的改性活性炭在高湿度条件下对氡气有良好的吸收能力，解决了常用活性炭吸附剂对氡气吸附选择性差，吸附效率低的不足。
一种基于改性活性炭吸附氡气的空气净化装置，在末端增加了一个高效过滤器，可进一步过滤掉氡子体和悬浮颗粒，改善空气质量。
一种基于改性活性炭吸附氡气的空气净化方法，改性活性炭吸附氡气的空气净化装置可长时间循环运行，能显著降低环境中的氡气浓度。

附图说明
图1是油酸结构式；
图2是本发明实施例空气净化装置结构示意图。
附图标记：1.进气喇叭口，2.中效过滤器，3.隔膜泵，4.第一流量控制阀门，5.第一洗涤瓶，6.第二流量控制阀门，7.第二洗涤瓶，8.有机洗涤液，9.活性炭过滤器，10.活性炭颗粒，11.改性活性炭过滤器，12.改性活性炭颗粒，13.高效过滤器。

具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
实施例一
一种基于改性活性炭吸附氡气的空气净化装置，如图2所示，结构连接为：含氡气的污染空气从进气喇叭口1的前端进入，进气喇叭口1的后端通过管道与中效过滤器2的前端连接，中效过滤器2的后端通过管道与隔膜泵3的进气口连接，隔膜泵3的出气口通过管道和第一流量控制阀门4与第一洗涤瓶5的进气口连接，第一洗涤瓶5的出气口通过管道和第二流量控制阀门6与第二洗涤瓶7的进气口连接，第二洗涤瓶7的出气口通过管道与活性炭过滤器9的进气口连接，活性炭过滤器9的出气口通过管道与改性活性炭过滤器11的进气口连接，改性活性炭过滤器11的出气口通过管道与高效过滤器13的进气口连接，洁净空气从高效过滤器13的出气口排出。
一种基于改性活性炭吸附氡气的空气净化方法，实施步骤如下：
将本发明提供的改性活性炭吸附氡气的空气净化装置放置于需要处理的含氡气的密闭环境中；启动隔膜泵3，调节第一流量控制阀门4和第二流量控制阀门6，使含氡气的污染空气从进气喇叭口进入装置，经过洗涤、活性炭吸附和改性活性炭吸附，除去环境中的氡气，除氡后的空气再经过高效过滤器13从尾端排出，过滤掉氡子体和悬浮颗粒，得到洁净空气；
装置连续运行一段时间后，经氡气检测仪检测到密闭环境中氡气浓度小于标准要求时，关闭第一流量控制阀门4和第二流量控制阀门6，再关闭隔膜泵，完成除氡净化过程。
在不同的密闭环境中，改变空气流量对环境中的氡气进行处理，除氡效果良好，结果如下表：
表