稀有气体选择吸附活性炭分子筛

稀有气体选择吸附活性炭分子筛，189-5067-5395 陈工  孔径0.5-0.9nm丰富

 氙（Xenon，Xe）、氪（Krypton，Kr）是重要的稀有气体，具有极高的商业价值。Xe 可用于机场跑道照明系统、矿灯等高照度特种灯具、气体激光器、麻醉等领域 [1-3] ；还可作为核磁共振的惰性探针用于蛋白质溶液中弱分子间作用研究 [4] 。Kr 同样可用于制造高照度、高透射灯具，放射性 Kr 同位素还用于医学成像示踪、密闭容器探伤检漏等。同时，放射性乏燃料（used nuclear fuel，UNF）的高效、经济、无害化处理是核电进一步扩展布局的重要前提之一 [5,6] 。UNF 是由固态、液态和气态高放射性废物等组成的混合物 [7] ，其中气态放射性核素（主要为127 Xe、 85 Kr 等）具有易挥发、易扩散的特性，对其进行高效富集是 UNF 处理过程中的重要一环。此外，富集分离大气中的 Xe/Kr，并测定其放射性同位素的含量，也是监测与评价周边核安全状况的重要手段之一。通过测定大气中放射性 Xe 同位素的活度还可对各国核活动进行有效监测 [8] 。因此，稀有气体 Xe/Kr 的高效捕集与分离是气体工业、核环境监测和乏燃料处理等领域的重要分离过程。 Xe/Kr 在大气中含量极低（Xe：0.086 ppm，Kr：1.14 ppm，1 ppm = 10 -6 m 3 ·m -3 ） [9] ，Xe/Kr 沸点（-108.12 、-153.22 ）明显高于 O 2 （沸点-183.0 ）、N 2 （沸点-195.8 ）、Ar（沸点-185.9 ），Xe/Kr混合气（20/80, v/v）是空气深冷分离工艺的典型副产物。现有工艺利用 Xe/Kr 沸点差异，进一步通过低温精馏获得高纯 Xe/Kr 产品。此工艺技术成熟，但能耗巨大，且产品纯度受设备、工艺、成本等诸多因素约束，难以满足各领域对 Xe/Kr 高效捕捉与更高纯度产品的需求。例如，在 UNF 处理过程中，辐射产生的臭氧可能在精馏塔内积累后发生自分解，具有潜在的爆炸隐患。 吸附分离是一种更理想的 Xe/Kr 分离手段，其可在接近常温常压（298K、100 kPa，下同）条件下，使用固态多孔材料对 Xe/Kr 进行低能耗、高选择性的分离。固态多孔材料在吸附分离过程中起决定作用，其吸附分离性能直接决定分离过程的效率与可达到的分离效果。选用兼具高选择性、高吸附容量且稳定性良好的多孔吸附材料，不仅可以有效提升 Xe/Kr 吸附分离效率，还有助于提高产品质量与工艺安全性，同时能显著降低过程能耗。为实现 Xe/Kr 高效分离，现已发展了多种吸附分离材料，包括传统的沸石分子筛、多孔碳材料如活性炭及碳分子筛等，以及近些年来迅猛发展的金属有机框架材料（metal-organic frameworks，MOFs）、有机分子笼等新型多孔材料。