[发明专利]一种低温等离子体增强气氛除氚装置及除氚方法

说明书

本发明公开了一种低温等离子体增强气氛除氚装置和除氚方法。该装置包括串联设置的放电反应器单元和活性氧催化单元，含氚气氛依次经过放电反应器单元和活性氧催化单元，完成低温等离子体协同催化反应。其中放电反应器单元主要包括内电极、反应管、外电极、低温等离子体电源等，以实现低温等离子体放电活化含氚气氛。在反应管内和活性氧催化单元均设置有微‑纳结构的过渡金属氧化物。该装置将等离子体技术与微纳结构的过渡金属氧化物催化剂协同配合，不仅提升了氚的转化效率，而且无需贵金属催化剂，成本低，催化剂不易脱落，催化效率有保障。所述除氚方法基于该除氚装置，并配合冷却器、吸附床实现“等离子体提活+催化氧化+吸附”，除氚效率高。

技术领域

本发明属于气氛除氚领域，具体涉及一种低温等离子体增强气氛除氚装置，还涉及一种基于该装置的除氚方法。

背景技术

在涉氚场所中，气氛氚的辐射安全防护是极重要的一项工作。通常氚的安全防护需要采取三重物理包容和除氚净化相结合的方式。但氚设备正常运行情况下，氚仍然会渗透通过初级包容屏蔽层进入次级包容层，在温度较高情况下渗透尤为显著，这将会在以手套箱组成的次级包容系统中积累一定量的氚，所以次级包容通常还需配备氚监测系统和除氚净化系统。

目前，对于含氚设施中气态除氚净化系统主要有以下三种类型:膜分离除氚、金属吸气剂除氚和催化氧化—吸附除氚。其中，催化氧化一吸附除氚是技术成熟度较高、应用较为广泛的除氚方法，特别是在处理大气流量的情况下具有很大优势。该技术主要是将氚气通过反应床催化氧化成氚水，然后利用分子筛吸附回收处理，目前大部分的涉氚设施都采用该技术手段来处理含氚废气。

但在该技术中，以下几个方面的问题影响着气氛除氚系统的除氚效率及稳定性：

(1)效率不高，处理时间长。由于气氛中氚气含量较低，单次氧化效率低，为提高氧化率需要进行长时间循环处理，效率有待提高；

(2)催化剂活性逐步降低。由于气氛除氚系统中氚气的处理量较大、流速较快，气体会对催化剂表面进行刻蚀，表面活性金属会脱落，催化剂活性下降，影响催化效果；

(3)处理成本高。为提升气氛除氚系统的氧化率，目前主要采用贵金属催化剂，其中Pt、Pd为贵金属使用成本较高，且更换时会作为含氚废物，增加了后续处理成本。

为实现高效气氛除氚，亟需开发出一种新的气氛除氚技术。

发明内容

为达此目的，提出了一种低温等离子体增强气氛除氚装置和除氚方法。

一种低温等离子体增强气氛除氚装置，所述种低温等离子体增强气氛除氚装置包括放电反应器单元和串联在放电反应器单元之后的活性氧催化单元，含氚气氛需依次经过放电反应器单元和活性氧催化单元处理，完成低温等离子体协同催化反应；

其中，放电反应器单元由内向外同轴设置的内电极、反应管以及外电极，三者构成双介质阻挡放电结构，所述双介质阻挡放电结构单侧放电间隙≤4mm；

其中，内电极包括金属电极以及包覆于金属电极表面的管状介质层，所述管状介质层的材质为高强度陶瓷或高强度石英玻璃；所述金属电极与低温等离子体电源相连；所述管状介质层外表面涂覆氧化铝阻氚涂层；

所述反应管为气氛除氚反应的场所，其材质为高强度陶瓷或高强度石英玻璃；所述反应管和内电极的两端与法兰密封连接，所述法兰材质为高强度陶瓷或高强度石英玻璃；所述一端法兰中设置有进气通道，另一端法兰设置有排气通道，分别用于含氚气氛的注入和放电反应处理后气氛的排出；所述法兰接触含氚气氛的表面和反应管内表面均涂覆氧化铝阻氚涂层；

所述反应管内设置有催化剂，所述催化剂是以三角螺旋、迪克松环或者小球中一种或多种为载体且在载体表面生长微-纳结构的过渡金属氧化物；

所述外电极包覆设置于反应管外表面，所述外电极接地；