陈 彬，武 山，韦冠一，方 随

(西北核技术研究所，陕西 西安 710024)

85Kr在235U核裂变反应时产额较高，且85Kr半衰期达10.76a，所以85Kr常作为停堆时间超过10年的包壳破损指示剂[1]。88Kr也是核燃料燃耗测定中重点关注的短寿命气体裂变产物核素[2]。由于包壳破损检测和核燃料燃耗测定过程中所处理气体中Kr的浓度较低，需要先对Kr进行富集纯化，才能进一步实现Kr的放射性测量。

气体分离的方法主要有低温精馏法[3-4]、膜分离法[5-6]、制备色谱法[7-9]和吸附分离法[10-13]。气体分离技术虽然在不断改进，但吸附分离法由于其理论成熟且相应的配套设备相对简单，在气体纯化制源中已有实际应用[14-19]。王久权等[20]研究了杂质气体成份(CO2、氟利昂和CH4)对活性炭动态吸附放射性Kr的影响，实验结果表明在低CO2、氟利昂和CH4浓度的情况下(CO2<1%、氟利昂<0.008%、CH4<0.012%)，杂质气体对Kr动态吸附容量基本没有影响。本项目组研究发现[21]，高浓度CH4会对Kr气体的富集纯化产生不利影响，二者在活性炭上的吸附-脱附行为相似，使得采用吸附-脱附法制备Kr气体源的回收率和纯度较低，增加了Kr放射性测量的难度。所以在纯化制源前有必要对气体中的CH4组分进行初步去除。由于Kr为惰性气体，可采用氧化燃烧的方式去除气体中的可燃成份，进而将Kr分离出来。催化燃烧是一种借助催化剂在低起燃温度下进行无火焰燃烧的方式，将可燃成份氧化分解为CO2和水[22-23]，并使用分子筛吸附催化燃烧生成的二氧化碳和水，进而将CH4和Kr初步分离。催化燃烧法在低浓度氙氪浓缩物中少量甲烷的去除[24]，含氚废气中少量氚、CH4等有机气体、水汽、O2等杂质气体的去除[25]，以及在有机废气治理和能源回收利用[26]等领域均有应用。

本文采用催化燃烧法使用与待制源气体成份浓度一致的非放射性模拟气体开展CH4和Kr分离的实验研究。研究CH4浓度、催化燃烧温度和催化剂用量对CH4催化燃烧性能的影响。此外，待制源气体中同时存在CH4、H2和CO等可燃气体时，存在CH4与H2和CO之间催化燃烧的竞争问题[27-28]，所以研究了H2和CO对CH4催化燃烧性能的影响。

1 实验部分

1.1 材料和仪器

钯催化剂，2%Pd-Al2O3，直径2 mm，陕西瑞科新材料股份有限公司；5A分子筛，粒径3 mm，上海分子筛厂；CH4，99.99%，北京兆格气体有限公司；H2，99.99%，西安阳光低温产品有限责任公司；CO，99.99%，河南心连心深冷能源股份有限责任公司；O2，99.99%，西安北普气体有限责任公司；Ar，99.999%，西安阳光低温产品有限责任公司；模拟气组成为H210%、CH48%、CO 10%、CO20.5%、O25%、Ar 0.5%、Kr 0.005%、Xe 0.005%和平衡气N2，不确定度3%，北京兆格气体有限公司。……