浸漬活性炭設計規范的探討

范向陽，李玉玲

河南核凈潔凈技術有限公司，河南鄭州 450001

1 概述

活性炭是具有微孔發達的優質碳質選擇性吸附劑，是國民經濟中不可缺少的重要吸附劑。有些領域直接應用活性炭基炭，而核空氣處理以及軍事用途的活性炭需要利用浸漬劑對活性炭進行浸漬處理后才能應用。這是因為活性炭基炭對諸如放射性碘、汞蒸汽、沙林、DMMP（嗎啉代磷酸二甲酯）、氯化氫、氰化氫、光氣等物質的吸附能力很弱，需要借助浸漬劑對吸附對象進行化學吸附，從而達到深度處理的目的。不同的吸附對象要求的浸漬活性炭進行處理。

2 國內外活性炭相關規范標準

活性炭應用范圍廣泛，不同的國家及不同的領域都有各自的活性炭標準。我國活性炭的標準有木質活性炭標準及煤質活性炭標準。

在活性炭作為吸附劑時，隨著活性炭吸附對象的不同，又制定了不同的浸漬活性炭標準，浸漬活性炭標準是以活性炭基炭的標準為基礎的。如美國的ASTM D 3803和ASTM D 4069就是規定了核級吸附劑的測試方法和用于移除氣態反射性碘的浸漬活性炭的要求。不同的處理對象，決定浸漬活性炭的設計。

3 浸漬活性炭設計

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中，吸附劑主要吸附的對象是放射性碘（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作基炭，傳統上基炭用椰子殼生產，用木材、煤、石油和焦炭生產的活性炭，其性能指標滿足標準要求也可以作為浸漬活性炭的基炭。但是只有未經使用的新活性炭可以作為基炭，在核安全有關系統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行一個物理試驗，按照ASTM D 3467中的規定，在浸漬之前活性炭的四氯化碳活性不小于60%。

浸漬劑是吸附劑設計中用于加強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，都采用浸漬劑對活性炭進行浸漬處理，。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）。標準對浸漬劑沒有明確的分類和規定，但在管理導則RG 1.52對吸附劑的使用量進行了規定，要求浸漬活性炭中吸附劑的含量不超過5%。

基炭浸漬之后需要滿足如下要求：

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

2）按照ASTM D 2862進行吸附劑顆粒度分布試驗，顆粒度分布滿足ASTM E 11篩網的要求：

（1）在6#篩上最多留0.1%；

（2）在8#篩上最多留5%；

（3）8#篩通過，在12#篩上最多留60%；

（4）12#篩通過，在16#篩上最少留40%；

（5）通過16#篩最多5%；

（6）通過18#篩最多1%。

3）按照ASTM D 3466進行燃點測量，浸漬活性炭的燃點不低于330℃；

4）按照ASTM D 3802進行球盤硬度測定，浸漬活性炭球盤硬度不低于92%。

除了規定活性炭的物理特性外，還要進行浸漬活性炭的放射性試驗以驗證去除放射性碘的能力，根據ASTM D 4069的要求，至少每5年要進行一次鑒定試驗，另外對每批量所提供的浸漬活性炭進行批量試驗。鑒定試驗有3個試驗項目：甲基碘吸附（低溫）、元素碘吸附和甲基碘吸附（高溫）。批量試驗規定了2個試驗項目：甲基碘吸附和元素碘的保持。

甲基碘吸附（低溫）試驗是根據ASTM D 3803的規定進行試驗，在溫度為80℃，相對濕度為95%的條件下進行試驗，驗證浸漬活性炭對甲基碘的吸附效率不低于99.0%。

元素碘吸附試驗是根據ASTM D 3803的規定進行試驗，在溫度為30℃，相對濕度為95%的條件下進行試驗，驗證浸漬活性炭對元素碘的吸附效率不低于99.9%。

甲基碘吸附（高溫）試驗是根據ASTM D 3803的規定進行試驗，在溫度為130℃，相對濕度為95%的條件下對使用在安全殼凈化系統中的浸漬活性炭進行試驗，驗證浸漬活性炭對甲基碘的吸附效率不低于98%。

甲基碘吸附試驗是根據ASTM D 3803的規定進行試驗，在溫度為30℃，相對濕度為95%的條件下進行試驗，驗證浸漬活性炭對甲基碘的吸附效率不低于97%。

元素碘的保持試驗是按照ASTM D 3803的規定進行試驗，在溫度為180℃的條件下進行試驗，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。使用時根據防護對象的不同，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定。

浸漬活性炭鑒定檢驗項目中，理化性能要求檢驗強度、水分、粒度分布、裝填密度、著火點、浸漬劑含量，防毒性能要求檢驗氯乙烷蒸汽防護時間、沙林防護時間、DMMP防護時間、氯化氫防護時間、氰化氫防護時間、光氣防護時間及陳化性能。鑒定檢驗的個別項目在質量一致性檢驗中由承制方和訂購方協商，除個別項目外，其余項目全部檢驗，可以協商的檢驗項目為著火點、沙林防護時間、DMMP防護時間和光氣防護時間。

4 結論

美國標準規定的核空氣處理系統使用的浸漬活性炭和我國的核空氣處理系統應用的浸漬活性炭沒有明顯的差別，美國軍標和我國軍標對軍用浸漬活性炭的理化性能要求差別很大。浸漬活性炭是通過浸漬劑與吸附對象發生化學反應達到吸附的目的，在進行吸附劑設計時除了選擇合適的基炭外，更重要的是要關注浸漬劑的選擇。

[1]GJB 1468A-2007 軍用活性炭和浸漬活性炭通用規范.

[2]NB/T 20039.15-2012 核空氣和氣體處理規范.通風、空調與空氣凈化 第15部分：吸附介質.

[3]ASME AG-1 FF 吸附劑介質.