孫 祁，蓋文佳，江 灝，閆洋洋，黃欣杰，梁 云，祝 嬌，蘇默龍

(1.武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所，湖北 武漢 430064；2.中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124)

氡是一種無(wú)色無(wú)味的惰性氣體，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。219Rn、220Rn和222Rn為氡的三種天然同位素。其中，222Rn的半衰期最長(zhǎng)，為3.85 d，是室內(nèi)環(huán)境中氡的主要貢獻(xiàn)者。氡與氡子體都具有放射性，普遍存在環(huán)境氣體中。氡氣體屬于單質(zhì)氣體，以單個(gè)原子的形式存在。氡子體以結(jié)合態(tài)和未結(jié)合態(tài)兩種形式存在。氡衰變生成的218Po帶有正電，易被空氣中的極性物質(zhì)包圍，形成團(tuán)簇，并被中和失去電荷。衰變子體和團(tuán)簇形態(tài)的子體都屬于未結(jié)合態(tài)的氡子體，其直徑范圍為0.3～4 nm；未結(jié)合態(tài)子體在空氣中擴(kuò)散與空氣中的灰塵、氣溶膠等顆粒物質(zhì)發(fā)生碰撞或吸附，結(jié)合在一起后轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合態(tài)子體，其直徑范圍為20～3 000 nm[1]。氡氣和氡子體可以通過(guò)呼吸作用進(jìn)入人體，兩者在衰變過(guò)程中產(chǎn)生的高能α粒子會(huì)對(duì)呼吸系統(tǒng)組織細(xì)胞進(jìn)行轟擊，是造成人類罹患肺癌的第二致病因素[2]。

氡主要來(lái)源于巖石、土壤及建筑等材料內(nèi)所含鐳的衰變。巖石、土壤、建筑材料內(nèi)部存在大量的不同粒徑的氣孔，材料內(nèi)部的氡氣體可通過(guò)這些氣孔擴(kuò)散至外部環(huán)境中，造成空氣環(huán)境的氡活度濃度(以下簡(jiǎn)稱氡濃度)升高。GB/T 17216—1988《人防工程平時(shí)使用環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》要求Ⅰ類工程平衡當(dāng)量氡濃度限值為200 Bq/m3，Ⅱ類工程平衡當(dāng)量氡濃度限值為400 Bq/m3；GBZ 116—2002《地下建筑氡及其子體控制標(biāo)準(zhǔn)》[3]要求已建地下建筑平衡當(dāng)量氡濃度限值為400 Bq/m3，待建地下建筑平衡當(dāng)量氡濃度限值為200 Bq/m3。通常條件下，室內(nèi)的氡濃度高于室外，地下工程內(nèi)氡濃度又高于一般室內(nèi)環(huán)境。主要原因是：(1)地下工程都是緊貼山體、土壤等氡的主要來(lái)源修建，是氡析出的主要空間；(2)通風(fēng)差、空氣流動(dòng)少，析出的氡不能及時(shí)擴(kuò)散，從而在析出空間內(nèi)不斷積累。李曉燕等人[2]對(duì)全國(guó)243個(gè)地下工程的年平均氡濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，最高值為2 482 Bq/m3。地下工程平均氡濃度高于200 Bq/m3的占27%，高于400 Bq/m3的占15%。研究指出，通過(guò)連續(xù)通風(fēng)8小時(shí)，地下工程氡濃度最高可降91%。

通風(fēng)降氡是地下工程降低氡濃度最主要、最有效的手段之一。如為了保證地下實(shí)驗(yàn)室的低氡濃度的要求，美國(guó)Super-Kamiokande探測(cè)器實(shí)驗(yàn)室采用一個(gè)“Randon Hut”裝置[4-5]將外界的低氡含量空氣通入地下實(shí)驗(yàn)室中，進(jìn)行地下環(huán)境中氡的稀釋，從而保證實(shí)驗(yàn)室氡濃度要求和內(nèi)部工作人員的安全。但部分地下工程由于年代久遠(yuǎn)或隱蔽性高等原因，存在通風(fēng)不暢或者特殊條件無(wú)法通風(fēng)的問(wèn)題，如地下國(guó)防工程。地下國(guó)防工程內(nèi)的氡濃度比相同地址條件下的地面建筑氡濃度高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。亓偉等人[6]對(duì)我國(guó)12個(gè)國(guó)防工程內(nèi)氡濃度進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果表明工程內(nèi)的平均氡濃度為2 702 Bq/m3，最高值為5 000 Bq/m3，是國(guó)家控制標(biāo)準(zhǔn)400 Bq/m3限值的12.5倍，屬于嚴(yán)重超標(biāo)，對(duì)于工程內(nèi)部人員的健康造成巨大威脅，也嚴(yán)重影響國(guó)防工程的指揮作戰(zhàn)和保障能力。因此對(duì)地下工程進(jìn)行降氡處理并對(duì)降氡技術(shù)進(jìn)行深入的了解和研究是十分必要的。本文主要從現(xiàn)有的降氡技術(shù)、相關(guān)技術(shù)的降氡能力進(jìn)行闡述，并對(duì)新技術(shù)用于地下工程降氡的可行性進(jìn)行了探討。

1 常用局部降氡技術(shù)

地下工程從選址到工程內(nèi)部裝修都應(yīng)采取相應(yīng)的防氡降氡措施。工程選址時(shí)應(yīng)對(duì)所在區(qū)域的土壤、地下水放射性進(jìn)行勘察，盡量避免在高輻射、高氡濃度地區(qū)進(jìn)行地下工程建設(shè)。建筑材料上應(yīng)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 6566《建筑材料放射性核素限量》的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行建筑材料的選型和安裝。還可采用抽氣法[2]將地下工程附近土壤釋放出的氡氣直接抽出排往地上周圍環(huán)境中。以上技術(shù)都是從氡源進(jìn)行防氡處理，但是無(wú)法絕對(duì)的隔絕氡的釋放和擴(kuò)散，因此依舊需要在地下工程內(nèi)部采用降氡措施。氡氣體和氡子體都具有放射性，進(jìn)入人體后都存在內(nèi)照射風(fēng)險(xiǎn)，而兩者的物理化學(xué)性能差異較大，因此降氡技術(shù)主要包含降氡氣技術(shù)和降氡子體技術(shù)兩方面。

1.1 降氡氣技術(shù)

1.1.1活性炭吸附技術(shù)

活性炭具有較大的比表面積、微孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)惰性氣體具有較強(qiáng)的吸附作用，其吸附能力受活性炭種類、吸附壓力、吸附溫度等多種因素的影響。活性炭吸附能力的對(duì)數(shù)與吸附溫度的倒數(shù)呈線性關(guān)系，吸附溫度越低則活性炭的吸附能力越強(qiáng)?；钚蕴康奈竭^(guò)程為動(dòng)態(tài)過(guò)程，通過(guò)提高吸附壓力同樣可以提高活性炭的吸附能力。不同載氣對(duì)活性炭吸附氡的能力也有較大影響。K.Pushkin等人[7]采用帶有活性炭阱(charcoal trap)的低溫恒溫裝置對(duì)不同載氣及活性炭材料進(jìn)行了降氡研究。結(jié)果表明，與Xe相比，使用N2和Ar作為載氣時(shí)活性炭表現(xiàn)出更好的降氡能力，這是由于Xe的存在會(huì)減小活性炭中的吸附點(diǎn)，從而氡的吸附量減小。周青芝等人[8]通過(guò)對(duì)活性炭的最大降氡效率與活性炭吸附系數(shù)、質(zhì)量、氣體體積等因素的研究建立了活性炭局部降氡效率理論模型，并證明該理論是可行的。

地下工程關(guān)于使用活性炭技術(shù)進(jìn)行降氡處理的相關(guān)資料主要集中在進(jìn)行暗物質(zhì)測(cè)量的地下實(shí)驗(yàn)室[4,9]。地下實(shí)驗(yàn)室在探測(cè)器工作區(qū)域帶有專門的“radon trap”降氡裝置，以保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。圖1為意大利Gran Sasso LNGS使用的降氡裝置圖[10]，該裝置由捷克ATEKO公司制造。裝置的原理是將環(huán)境空氣進(jìn)行壓縮和干燥，再通過(guò)活性炭單元進(jìn)行氡吸附，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境氣體降氡處理?；钚蕴课较到y(tǒng)中，通過(guò)提高系統(tǒng)壓力或降低氣體溫度以提高活性炭的吸附能力。該系統(tǒng)采用活性炭雙塔單元進(jìn)行降氡處理，工作原理尚不明確，有研究者推測(cè)該系統(tǒng)采用的是變壓吸附原理進(jìn)行環(huán)境空氣降氡處理。但根據(jù)進(jìn)一步的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該推測(cè)不完全正確。變壓吸附技術(shù)采用雙塔結(jié)構(gòu)但屬于單塔吸附操作，即某一活性炭塔進(jìn)行降氡處理，而另一活性塔進(jìn)行再生處理，兩個(gè)活性炭塔交替吸附和再生，通常采用相同的工作參數(shù)。如法國(guó)Modane地下實(shí)驗(yàn)室[11]將活性炭單元的雙塔工作溫度都設(shè)置為-50 ℃，處理后氡氣濃度為～10 mBq/m3。而位于日本的super-Kamiokande探測(cè)器地下實(shí)驗(yàn)室[4]將雙塔設(shè)置成不同的工作溫度，該實(shí)驗(yàn)室共使用8 m3的活性炭進(jìn)行吸附處理，其中最后50 L活性炭的工作溫度為-40 ℃，處理后的氡氣濃度<2 mBq/m3。由此可知，雙塔活性炭單元設(shè)備，更可能采用的是低溫吸附及雙塔深度處理的原理對(duì)環(huán)境氣體進(jìn)行降氡處理。地下實(shí)驗(yàn)室采用的降氡系統(tǒng)體積較大，需要預(yù)留較大的空間保證設(shè)備的正常工作，大體積活性炭的使用提高了活性炭單元替換的難度，同時(shí)所使用的空壓機(jī)、制冷劑及熱交換機(jī)等設(shè)備存在能耗高、噪音大的問(wèn)題。

圖1 意大利Gran Sasso LNGS實(shí)驗(yàn)室降氡裝置[10]

根據(jù)提高壓力、降低溫度活性炭吸附能力提高的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)研究者分別建立了活性炭高壓吸附、變壓吸附及低溫吸附等降氡裝置。龍慧佳等人[12]對(duì)商業(yè)小型變壓系統(tǒng)進(jìn)行改造，在氡濃度為2 000 Bq/m3的氡室內(nèi)進(jìn)行降氡研究。系統(tǒng)工作工程中可保證出氣的低氡濃度，但該系統(tǒng)的處理能力較小其最高進(jìn)氣量為4.65 m3/h，同時(shí)還存在活性炭再生不完全，再生后處理能力下降的問(wèn)題。王云祥等人[13]利用液氮冷卻建立了一臺(tái)活性炭低溫吸附裝置。研究表明在活性炭單元的溫度為-48 ℃時(shí)，KC-6型活性炭的吸附系數(shù)為171.4 L/g，為室溫條件下的20倍以上，可極大提高設(shè)備的降氡能力。但該設(shè)備無(wú)法進(jìn)行氣體的連續(xù)降氡處理，在活性炭單元穿透后，需要停止進(jìn)氣進(jìn)行活性炭的再生處理。同時(shí)為保證降氡能力，設(shè)備需要不斷的補(bǔ)充液氮，這對(duì)設(shè)備的密封性、保溫性能及低溫耐受性提出了較高的要求，設(shè)備成本也較高。

1.1.2化學(xué)降氡氣技術(shù)

活性炭對(duì)氡的吸附屬于物理作用，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的吸附解吸再吸附的過(guò)程。Yuji Yamada等人[14]建立了一臺(tái)電弧放電化學(xué)降氡的裝置，圖2為該裝置的原理圖?；瘜W(xué)降氡的原理為：含氡氣體進(jìn)入反應(yīng)腔體后，圓柱形鋁電極開(kāi)始電弧放電，氡氣體及反應(yīng)氣體CF4分別被激活和電解成*Rn和*F，反應(yīng)生成氡的氟化物(RnFx)。該氟化物為固體，反應(yīng)后沉積在反應(yīng)腔底部，實(shí)現(xiàn)降氡。研究結(jié)果表明，CF4濃度為5%時(shí)降氡效率為99%。但該系統(tǒng)存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)：(1)產(chǎn)物RnFx為不穩(wěn)定化合物，電極停止放電后重新分解成Rn氣體和含F(xiàn)化合物，聚集在反應(yīng)腔體中；(2)反應(yīng)氣體CF4為生態(tài)環(huán)境不友好氣體，應(yīng)減少其使用；(3)處理流量為6.05 m3/h，處理能力有限。又由于反應(yīng)機(jī)理的不明確，使用化學(xué)方法進(jìn)行環(huán)境氣體降氡處理還需要進(jìn)行更深入的研究，離工程應(yīng)用還有較大的距離。

圖2 電弧放電降氡系統(tǒng)原理圖[14]

1.2 降氡子體技術(shù)

1.2.1HEPA過(guò)濾技術(shù)

HEPA(high efficiency particulate air)，高效空氣過(guò)濾，是利用達(dá)到HEPA標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)濾網(wǎng)對(duì)空氣進(jìn)行過(guò)濾處理。美國(guó)環(huán)境科學(xué)和技術(shù)研究院要求HEPA過(guò)濾對(duì)直徑≥0.3 μm的粒子去除率不低于99.97%[15]。HEPA網(wǎng)通過(guò)去除空氣中不同直徑的粒子從而實(shí)現(xiàn)空氣的凈化。HEPA網(wǎng)通常采用玻璃纖維或聚丙烯無(wú)紡纖維作為過(guò)濾材料，過(guò)濾材料為褶皺狀，通過(guò)硬紙板或塑料框架固定，通過(guò)多層褶皺纖維的疊加實(shí)現(xiàn)空氣的高效過(guò)濾。HEPA網(wǎng)通過(guò)攔截、撞擊和擴(kuò)散三種方式捕獲空氣中的粒子。其中，直徑大于0.4 μm的粒子通過(guò)攔截和慣性撞擊被捕獲，而直徑小于0.1 μm的粒子通過(guò)擴(kuò)散作用被捕獲。

HEPA網(wǎng)對(duì)空氣中的顆粒去除率較高，在空氣凈化過(guò)程中無(wú)臭氧產(chǎn)生，因此在家居環(huán)境中的空氣凈化領(lǐng)域被廣泛使用。Kazuki Iwaoka等人[16]使用Airtech公司AMU-04型空氣凈化器在氡氣濃度為10 000 Bq/m3，持續(xù)通入氣溶膠的模擬環(huán)境進(jìn)行空氣凈化降氡效果的研究。研究結(jié)果表明，空氣凈化器開(kāi)啟后，凈化空間內(nèi)的結(jié)合態(tài)的氡子體濃度有明顯下降，但氡氣濃度保持不變，同時(shí)非結(jié)合態(tài)的氡子體含量上升，氡暴露劑量上升。由此可知，HEPA過(guò)濾只對(duì)結(jié)合態(tài)的氡子體有去除效果，但無(wú)法去除空間內(nèi)的氡氣，因此環(huán)境中的氡氣濃度依舊較高且在不斷衰變，對(duì)人體安全造成威脅。需要指出的是，HEPA過(guò)濾材料(玻璃纖維濾紙)在遇水潤(rùn)濕后強(qiáng)度極低，在風(fēng)壓作用下容易被吹破，并且不能清灰復(fù)用，成本高、容塵量低，阻力上升，使用壽命短。因此在地下工程內(nèi)使用HEPA過(guò)濾降氡需要對(duì)過(guò)濾材料進(jìn)行優(yōu)化或進(jìn)行氣體的除濕處理，以保證降氡能力和效率。

1.2.2靜電除塵技術(shù)

靜電除塵技術(shù)是在工業(yè)電除塵器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，一般由電離段和集塵段組成，氡子體為金屬粒子，很容易與空氣中的粉塵結(jié)合并形成結(jié)合態(tài)氡子體，這樣可以通過(guò)靜電除塵的方法達(dá)到去降氡子體的目的。靜電除塵技術(shù)較多的應(yīng)用于鈾礦的局部降氡。鈾礦井內(nèi)普遍存在風(fēng)流分配不合理、通風(fēng)動(dòng)力不足等問(wèn)題，大范圍的結(jié)構(gòu)更改不可行，因此只能通過(guò)添加小型降氡裝置的方式進(jìn)行局部的降氡處理。王秉權(quán)等人[17]針對(duì)鈾礦內(nèi)不在通風(fēng)系統(tǒng)控制范圍內(nèi)的邊緣和局部區(qū)域的特殊性建立了一套復(fù)合式除塵降氡子體系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。氣體通過(guò)集風(fēng)器后進(jìn)入處理系統(tǒng)，在經(jīng)過(guò)前級(jí)除塵、中高效過(guò)濾后進(jìn)入靜電單元進(jìn)行最后的除塵降氡子體處理。該系統(tǒng)的處理能力為4 320 m3/h，粉塵凈化率>99%，達(dá)世界領(lǐng)先水平。

1—靜電除塵器；2—濾料過(guò)濾器；3—風(fēng)機(jī)；4—濾紙中高效過(guò)濾器；5—集風(fēng)器。

耿世彬等人[18]利用氡子體可被靜電吸附的特點(diǎn)研制了一臺(tái)蜂窩電場(chǎng)-平行板電場(chǎng)組合的雙區(qū)靜電降氡裝置，圖4為裝置實(shí)物圖。處理氣體中的粉塵和微粒在蜂窩電場(chǎng)中進(jìn)行荷電，到達(dá)平板電場(chǎng)區(qū)域后再沉降下來(lái)，除塵后的氣體再經(jīng)過(guò)氣體精過(guò)濾模塊，將更小粒徑的塵粒過(guò)濾。雙區(qū)靜電降氡較單區(qū)裝置有更高的降氡子體效率，同時(shí)清灰操作也更為方便。為了加大空氣流量、減小風(fēng)阻，YUAN Li等人[19]將系統(tǒng)傳統(tǒng)的圓孔靜電場(chǎng)更換為蜂巢狀靜電場(chǎng)，并適當(dāng)提高蜂巢狀模的電壓以產(chǎn)生更大的電暈來(lái)提升顆粒物荷電和凝并效果，從而提高降氡效率。改進(jìn)后的處理單元被融入到國(guó)防工程的通風(fēng)處理系統(tǒng)中形成了一套集中降氡系統(tǒng)，系統(tǒng)原理圖如圖5所示。集中式降氡系統(tǒng)由降氡凈化機(jī)組、空調(diào)機(jī)組、送風(fēng)系統(tǒng)、地下工程空間、回風(fēng)系統(tǒng)五個(gè)部分組成。結(jié)果表明，集中式降氡設(shè)備在運(yùn)行8小時(shí)后降氡子體率最高為95%。

圖4 雙區(qū)靜電降氡裝置實(shí)物圖[18]

圖5 集中式降氡設(shè)備整體示意圖[19]

2 新型功能材料

地下工程使用活性炭吸附進(jìn)行環(huán)境降氡處理時(shí)，為保證降氡能力和降氡效率，需要使用體積較大的活性單元，同時(shí)配有壓力和制冷單元，因此活性炭系統(tǒng)占地面積大、操作較為復(fù)雜。地下環(huán)境降氡領(lǐng)域主要還是依賴于靜電技術(shù)，但靜電技術(shù)只能去除環(huán)境中的氡子體，在氡含量較高的地下空間大量氡氣的存在依舊對(duì)其內(nèi)部的工作人員形成了輻射照射威脅。隨著技術(shù)的發(fā)展，一些新型功能材料的出現(xiàn)使得環(huán)境氣體精準(zhǔn)、高效降氡成為可能。

2.1 金屬有機(jī)骨架材料

金屬有機(jī)骨架(metal-organic frameworks，MOFs)材料屬于一種新型多孔材料，應(yīng)用于氣體儲(chǔ)存、氣體分離、有毒氣體凈化等領(lǐng)域[20-22]。MOFs材料通過(guò)氣體的粒徑不同，捕獲目標(biāo)氣體來(lái)實(shí)現(xiàn)惰性氣體的分離。MOFs分離較傳統(tǒng)的低溫精餾制備惰性氣體能耗更低，較傳統(tǒng)的吸附材料具有更高的分離能力和效率。MOFs材料因?yàn)榭讖酱笮?、孔徑分布以及作用原子的不同，則具有不同的氡氣捕獲、分離能力。北京化工大學(xué)曹達(dá)鵬團(tuán)隊(duì)[23]分別以N2和O2為載氣，模擬了室溫條件下MOFs材料的氡分離能力，從23種MOFs中篩選出4種分離氡能力較強(qiáng)的材料。研究人員將氡活度濃度設(shè)置為XRn=0.001，遠(yuǎn)高于地下工程現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的氡活度濃度值(<～ppb)。其中，ZIF-12型MOFs材料在Rn含量降低后具有更優(yōu)異的分氡能力。因此ZIF-12可作為地下工程氡分離的潛能材料之一。CHEN等人[24]使用1,3,5-三醛基苯和1,2-二氨基環(huán)乙烷做原材料在三氯乙酸溶液中脫水生成CC3化合物，其化學(xué)反應(yīng)過(guò)程如圖6所示。從圖中可知通過(guò)三醛基苯中的O原子與二氨基乙烷中氨基中的兩個(gè)H原子結(jié)合生成水，斷裂的化學(xué)鍵重新連接后形成有機(jī)多孔籠狀化合物(porous organic cages)，化合物的3D視圖如圖7所示。

圖6 CC3籠狀化合物合成圖[24]

圖7 CC3化合物3D示意圖[24]

CC3化合物3D示意圖表明，化合物中存在兩種用于氣體分子捕獲的“空洞”(Cavity)：籠型空洞(cage cavity，CC)和窗口空洞(window cavity，WC)。其中CC的直徑為4.4 ?，與Rn(4.17 ?)的動(dòng)力學(xué)直徑十分接近，是環(huán)境氣體降氡的理想材料。Simgen等人[25]在Rn體積濃度小于0.001 ppm，Rn-He組分中Rn的選擇吸收因數(shù)為5.4×108。CHEN等人[24]以N2為載氣，在Rn濃度為(3.8±0.1)×10-16mol/kg時(shí)，CC3固體化合物捕獲Rn后，其內(nèi)部Rn體積因數(shù)最高可達(dá)1×106,CC3表現(xiàn)出極高的Rn選擇吸收能力。在含CO2、H2O等競(jìng)爭(zhēng)組分的空氣中CC3也表現(xiàn)出較高的Rn選擇吸收能力，同時(shí)在潮濕環(huán)境中性能穩(wěn)定工作，極大地彌補(bǔ)了潮濕環(huán)境下活性炭的失效問(wèn)題。

2.2 膜分離

膜分離技術(shù)利用混合氣體中，不同組分在膜材料表面溶解度及擴(kuò)散能力的不同，在膜材料兩側(cè)產(chǎn)生偏壓來(lái)實(shí)現(xiàn)氣體分離。氣體膜分離技術(shù)在空氣制氧/制氮、CO2捕獲等領(lǐng)域中[26-30]應(yīng)用廣泛。膜技術(shù)在含氡氣體的防治中集中應(yīng)用在防氡方面，即通過(guò)采用低氡滲透率的材料將氡源與生活、工作空間隔絕開(kāi)來(lái)。而利用膜分離單元進(jìn)行氡氣分離的相關(guān)研究則極少。陳占營(yíng)等人[31]進(jìn)行空氣環(huán)境中Xe的富集研究中，首先使用富氮膜組件對(duì)空氣進(jìn)行氮的分離，從而實(shí)現(xiàn)Xe的濃縮，濃縮后的氣體再經(jīng)過(guò)碳分子的吸附與解吸實(shí)現(xiàn)Xe的富集。常用的富氮膜有聚砜和聚亞酰胺兩種。Rn和Xe同屬惰性氣體，兩者的物理化學(xué)性能相似，因此膜分離單元在降氡領(lǐng)域中也有一定應(yīng)用前景。聚砜膜材料透氣率高，但氣體選擇性低，聚亞酰胺則具有更優(yōu)異的氣體選擇性能，且抗輻射性能更強(qiáng)，更適合于低濃度組分的氣體分離。為了提高膜材料的氣體滲透速率，研究人員在傳統(tǒng)膜材料中添加MOFs顆粒進(jìn)行了氣體滲透和氣體分離的研究，結(jié)果表明，亞微米級(jí)S-Cu3(BTC)2和ZIF-8材料的添加對(duì)膜材料的完整性沒(méi)有影響、沒(méi)有顆粒團(tuán)聚的現(xiàn)象，而氣體滲透率最高可提高3倍[32]。

3 總結(jié)及展望

地下工程通風(fēng)不暢或特殊情況無(wú)法通風(fēng)時(shí)，為保障內(nèi)部工作人員的身體健康需對(duì)其內(nèi)部的空氣進(jìn)行降氡處理?，F(xiàn)有的環(huán)境降氡技術(shù)主要集中在活性炭吸附和靜電降氡子體兩方面。為實(shí)現(xiàn)高效的降氡，通常要采用大量的活性炭，同時(shí)對(duì)吸附單元進(jìn)行加壓和降溫處理，所建立的降氡設(shè)備通常能耗高、體積大、難以移動(dòng)，同時(shí)活性炭芯的替換難度較高。而靜電技術(shù)只能去除結(jié)合態(tài)的氡子體，非結(jié)合態(tài)氡子體和氡氣依舊存在于環(huán)境空氣中，依舊對(duì)人體造成輻射照射威脅。

綜上所述，降氡新材料、新技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)十分必要。例如針對(duì)氡可進(jìn)行精準(zhǔn)捕獲的新材料，在保證降氡效率的同時(shí)，還可避免處理氣體的損耗。目前MOFs等新型材料主要還在試驗(yàn)研究階段，沒(méi)有相關(guān)的工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于材料吸附氡后如何再生及再生率的情況也還需要更多的研究。而氣體分離膜組件的使用可減小處理的能耗、設(shè)備成本,同時(shí)減小設(shè)備體積，但關(guān)于氡在膜材料內(nèi)的擴(kuò)散能力和主要影響因素還需要更多的研究。在地下工程降氡中應(yīng)考慮使用多種技術(shù)相結(jié)合的復(fù)合式處理技術(shù)以保證設(shè)備的降氡能力，不同技術(shù)之間的配合、流程優(yōu)化也需要進(jìn)行更多的研究。