浸漬活性炭設(shè)計(jì)規(guī)范的探討

范向陽(yáng)，李玉玲

河南核凈潔凈技術(shù)有限公司，河南鄭州 450001

1 概述

活性炭是具有微孔發(fā)達(dá)的優(yōu)質(zhì)碳質(zhì)選擇性吸附劑，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中不可缺少的重要吸附劑。有些領(lǐng)域直接應(yīng)用活性炭基炭，而核空氣處理以及軍事用途的活性炭需要利用浸漬劑對(duì)活性炭進(jìn)行浸漬處理后才能應(yīng)用。這是因?yàn)榛钚蕴炕繉?duì)諸如放射性碘、汞蒸汽、沙林、DMMP（嗎啉代磷酸二甲酯）、氯化氫、氰化氫、光氣等物質(zhì)的吸附能力很弱，需要借助浸漬劑對(duì)吸附對(duì)象進(jìn)行化學(xué)吸附，從而達(dá)到深度處理的目的。不同的吸附對(duì)象要求的浸漬活性炭進(jìn)行處理。

2 國(guó)內(nèi)外活性炭相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

活性炭應(yīng)用范圍廣泛，不同的國(guó)家及不同的領(lǐng)域都有各自的活性炭標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)活性炭的標(biāo)準(zhǔn)有木質(zhì)活性炭標(biāo)準(zhǔn)及煤質(zhì)活性炭標(biāo)準(zhǔn)。

在活性炭作為吸附劑時(shí)，隨著活性炭吸附對(duì)象的不同，又制定了不同的浸漬活性炭標(biāo)準(zhǔn)，浸漬活性炭標(biāo)準(zhǔn)是以活性炭基炭的標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的。如美國(guó)的ASTM D 3803和ASTM D 4069就是規(guī)定了核級(jí)吸附劑的測(cè)試方法和用于移除氣態(tài)反射性碘的浸漬活性炭的要求。不同的處理對(duì)象，決定浸漬活性炭的設(shè)計(jì)。

3 浸漬活性炭設(shè)計(jì)

3.1 核空氣浸漬活性炭（以ASME AG-1 FF為例）

在核空氣和氣體處理系統(tǒng)中，吸附劑主要吸附的對(duì)象是放射性碘（元素碘和甲基碘的混合物），所用的吸附劑為浸漬活性炭，對(duì)浸漬活性炭的要求包括基炭要求和浸漬處理后的要求。

活性炭在浸漬之前稱(chēng)作基炭，傳統(tǒng)上基炭用椰子殼生產(chǎn)，用木材、煤、石油和焦炭生產(chǎn)的活性炭，其性能指標(biāo)滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求也可以作為浸漬活性炭的基炭。但是只有未經(jīng)使用的新活性炭可以作為基炭，在核安全有關(guān)系統(tǒng)中不允許使用再生的活性炭。基炭要求是指活性炭浸漬處理前的性能要求，每批需要浸漬處理的活性炭必須進(jìn)行一個(gè)物理試驗(yàn)，按照ASTM D 3467中的規(guī)定，在浸漬之前活性炭的四氯化碳活性不小于60%。

浸漬劑是吸附劑設(shè)計(jì)中用于加強(qiáng)和提高去除碘化物的活性炭的吸附碘化物的能力，尤其是高溫條件下，都采用浸漬劑對(duì)活性炭進(jìn)行浸漬處理，。通常所用的浸漬劑包括碘化物（如碘化鉀、碘）和胺（如三乙烯二胺TEDA）。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)浸漬劑沒(méi)有明確的分類(lèi)和規(guī)定，但在管理導(dǎo)則RG 1.52對(duì)吸附劑的使用量進(jìn)行了規(guī)定，要求浸漬活性炭中吸附劑的含量不超過(guò)5%。

基炭浸漬之后需要滿(mǎn)足如下要求：

1）按照ASTM D 2854進(jìn)行散裝密度試驗(yàn)，最小密度為0.38g/mL；

2）按照ASTM D 2862進(jìn)行吸附劑顆粒度分布試驗(yàn)，顆粒度分布滿(mǎn)足ASTM E 11篩網(wǎng)的要求：

（1）在6#篩上最多留0.1%；

（2）在8#篩上最多留5%；

（3）8#篩通過(guò)，在12#篩上最多留60%；

（4）12#篩通過(guò)，在16#篩上最少留40%；

（5）通過(guò)16#篩最多5%；

（6）通過(guò)18#篩最多1%。

3）按照ASTM D 3466進(jìn)行燃點(diǎn)測(cè)量，浸漬活性炭的燃點(diǎn)不低于330℃；

4）按照ASTM D 3802進(jìn)行球盤(pán)硬度測(cè)定，浸漬活性炭球盤(pán)硬度不低于92%。

除了規(guī)定活性炭的物理特性外，還要進(jìn)行浸漬活性炭的放射性試驗(yàn)以驗(yàn)證去除放射性碘的能力，根據(jù)ASTM D 4069的要求，至少每5年要進(jìn)行一次鑒定試驗(yàn)，另外對(duì)每批量所提供的浸漬活性炭進(jìn)行批量試驗(yàn)。鑒定試驗(yàn)有3個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目：甲基碘吸附（低溫）、元素碘吸附和甲基碘吸附（高溫）。批量試驗(yàn)規(guī)定了2個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目：甲基碘吸附和元素碘的保持。

甲基碘吸附（低溫）試驗(yàn)是根據(jù)ASTM D 3803的規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)，在溫度為80℃，相對(duì)濕度為95%的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證浸漬活性炭對(duì)甲基碘的吸附效率不低于99.0%。

元素碘吸附試驗(yàn)是根據(jù)ASTM D 3803的規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)，在溫度為30℃，相對(duì)濕度為95%的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證浸漬活性炭對(duì)元素碘的吸附效率不低于99.9%。

甲基碘吸附（高溫）試驗(yàn)是根據(jù)ASTM D 3803的規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)，在溫度為130℃，相對(duì)濕度為95%的條件下對(duì)使用在安全殼凈化系統(tǒng)中的浸漬活性炭進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證浸漬活性炭對(duì)甲基碘的吸附效率不低于98%。

甲基碘吸附試驗(yàn)是根據(jù)ASTM D 3803的規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)，在溫度為30℃，相對(duì)濕度為95%的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證浸漬活性炭對(duì)甲基碘的吸附效率不低于97%。

元素碘的保持試驗(yàn)是按照ASTM D 3803的規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)，在溫度為180℃的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，元素碘的保持率不低于99.5%。

3.2 軍用浸漬活性炭（以GJB 1468A-2007為例）

軍用防毒面具濾毒罐和過(guò)濾吸收器等裝備中裝填的吸附劑有活性炭，也有浸漬活性炭。使用時(shí)根據(jù)防護(hù)對(duì)象的不同，采用不同的浸漬活性炭。

軍用浸漬活性炭使用的浸漬劑有三種：ASC(銅銀鉻)、ASC(銅銀鉻)-T（REDA）和ASZM（銅銀鋅鉬）-T（REDA）。浸漬活性炭中浸漬劑的含量作了明確的規(guī)定。

浸漬活性炭鑒定檢驗(yàn)項(xiàng)目中，理化性能要求檢驗(yàn)強(qiáng)度、水分、粒度分布、裝填密度、著火點(diǎn)、浸漬劑含量，防毒性能要求檢驗(yàn)氯乙烷蒸汽防護(hù)時(shí)間、沙林防護(hù)時(shí)間、DMMP防護(hù)時(shí)間、氯化氫防護(hù)時(shí)間、氰化氫防護(hù)時(shí)間、光氣防護(hù)時(shí)間及陳化性能。鑒定檢驗(yàn)的個(gè)別項(xiàng)目在質(zhì)量一致性檢驗(yàn)中由承制方和訂購(gòu)方協(xié)商，除個(gè)別項(xiàng)目外，其余項(xiàng)目全部檢驗(yàn)，可以協(xié)商的檢驗(yàn)項(xiàng)目為著火點(diǎn)、沙林防護(hù)時(shí)間、DMMP防護(hù)時(shí)間和光氣防護(hù)時(shí)間。

4 結(jié)論

美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的核空氣處理系統(tǒng)使用的浸漬活性炭和我國(guó)的核空氣處理系統(tǒng)應(yīng)用的浸漬活性炭沒(méi)有明顯的差別，美國(guó)軍標(biāo)和我國(guó)軍標(biāo)對(duì)軍用浸漬活性炭的理化性能要求差別很大。浸漬活性炭是通過(guò)浸漬劑與吸附對(duì)象發(fā)生化學(xué)反應(yīng)達(dá)到吸附的目的，在進(jìn)行吸附劑設(shè)計(jì)時(shí)除了選擇合適的基炭外，更重要的是要關(guān)注浸漬劑的選擇。

[1]GJB 1468A-2007 軍用活性炭和浸漬活性炭通用規(guī)范.

[2]NB/T 20039.15-2012 核空氣和氣體處理規(guī)范.通風(fēng)、空調(diào)與空氣凈化 第15部分：吸附介質(zhì).

[3]ASME AG-1 FF 吸附劑介質(zhì).