新型高效α气溶胶阻隔过滤材料的研究

高表面收集特性α放射性气溶胶取样过滤材料的研究

曾心苗 张龙 王红杰 黄子翰 叶仕有*

北京市射线应用研究中心，北京 100012

*中国工程物理研究院，四川绵阳 621900

由放射性物质及其裂（衰）变产物形成的α放射性气溶胶，是从事核技术研究和核企业工作场所环境空气中最重要的污染危害源之一。对放射性气溶胶的取样和监测，是评价核企业工作场所污染状况的重要手段。还可为事故的应急评价和环境影响评价提供监测数据。

α放射性气溶胶的监测，常采用玻璃纤维滤材或滤纸取样，采用能量甄别法[1]，通过α能

谱分析，甄别氡等子体的干扰。然而该方法受到取样过滤材料结构和性能的限制，特别是气溶胶的表面收集性能。因为人工污染核素的α能谱能否与天然氡及子体的α能谱分开，与过滤材料结构和性能及捕集的样品的状况密切相关。如果表面收集特性（即表面收集放射性气溶胶的份额）太低，将使本底的α谱出现“拖尾”现象，影响测量的灵敏度。采用一般微孔滤膜取样监测放射性气溶胶，难以满足表面收集特性、阻力和材料强度等综合性能的要求。

由于微孔膜的结构受铸膜液组成、制膜工艺条件及成膜厚度等条件的影响[2-4],因此，为了提高

α放射性气溶胶取样过滤材料的表面收集特性，以提高放射性气溶胶的探测水平，本文对铸膜液组成中致孔添加剂种类及制膜条件对膜性能和结构的影响进行了探讨。 实验以聚偏氟乙烯为成膜树脂原料， N 、N 二甲

基乙酰胺（DMAc ）为溶剂，致孔添加剂分别采用聚乙

二醇（PEG ）400，PEG 600，聚乙烯吡咯烷酮（PVP ）

和吐温80。膜的制备采用相转化法。增强膜的制备采

用自行设计加工的刮膜机，以无纺布为支撑层，制得

厚度为120μm 左右的双皮层增强微孔膜。

α气溶胶的测量采用自行研制的PAM-2型放射

性气溶胶实时在线监测系统。表面收集特性的计

算见公式（1）。 Fig.1 Alpha spectrum of Radon and Thoron daughters

%1002210⨯+=N N N ξ （1） 式（1）中，ξ为微孔膜表面收集子体的份额；N 0为图1中RaC ′峰顶对应的计数,N 1为RaC ′峰的后半部分的积分计数；为RaC ′峰以下的全谱积分计数。

通过不同蒸发时间（1，3，5，10min ）实验，选择蒸发时间为5min ，控制在环境温度和致孔剂总含量相同条件下制膜，性能测试结果见表1。从表1看，添加PVP 或PEG400/吐温80，表面收集特性有明显提高，尤其是PEG400中添加少量吐温80，使表面收集气溶胶的份额大大提高，但在样品收集时阻力较大。综合比较看，以PVP 为致孔剂的微孔增强膜在阻力相近的情况下，表面收集特性最好。从图2的电镜照片看，添加PEG400和PEG600的滤膜表面形态相似，都出现比较大的孔穴；而添加PVP 后，孔比较均匀，孔径也减小，表面呈多层交错的网状结构，这利于增加孔隙度，降低取样阻力；以PEG400/吐温80为添加剂的滤膜表面孔径明显减小，孔

隙度比较低，这与阻力过大的测试结果是一致的。

Table 1 Effect of additive and preparing condition on membrane performance

Type of porogenic agents

Ambient

temperature（℃）

Evaporation time

（min）Resistance(kPa)

ξ（%）

PEG400 30 5 64.7 63.1

PEG600 30 5 66.7 68.9

PVP 30 5 67.3 74.0 PEG400/Tween-80 30 5 78.7 93.9

膜的结构和性能还受很多成膜条件的影响，如成膜的温度、蒸发时间、支撑层的影响等等，通过制备工艺的进一步研究，所制得的滤膜在表面收集特性达到80%以上时，取样阻力可小于40 kPa，纵向及横向抗拉强度皆大于3.5MPa，可用于连续取样监测。

选择适宜的致孔剂可提高放射性气溶胶的表面收集特性；通过控制铸膜液配方和温度、时间等工艺参数，可制得阻力小、表面收集特性高的适用于 放射性气溶胶过滤和取样监测用微孔滤膜。

(a) PEG400 (b) PEG600 （c）PVP (d) PEG400/Tween80

Fig.2 Scanning electron micrographs of PVDF membranes with different additives.

参考文献

[1]黄子翰，孔淑萍，王丽安.辐射防护，1988，8（2）：98

[2]陆茵，陈欢林，李伯耿.功能高分子学报，2002，15（2）：171

[3]孔瑛，吴庸烈，扬金荣等.水处理技术，1992，18（1）；10.

[4]C A Smolders, A J Reuvers, B M Boom, et al. J Memb Sci, 1992, 73:259

The Study on α Radio active Aerosol Sampling and Filter material with High-Performed Surface Collection Characteristics

Zeng Xinmiao, Zhang Long, Wang Hongjie, Huang Zihan, Ye Shiyou*

Beijing Radiation Application Research Center, Beijing 100012

* China Academy of Engineering Physics, Mianyang, Sichuan 621900

Abstract In this study, the effect of different porogenic agents and the preparing condition on the properties of alpha radioactive aerosol sampling and filter material was investigated. The surface collection characteristics of membrane material were detected by using energy screening method. The surface morphology of the membranes was examined by scanning electron microscopy. The result indicated that enhanced microporous membrane with high-performed surface collection characteristics could be obtained. It can be used in the sampling and monitoring of radioactive aerosol.

Keywords:Radioactive aerosol Surface collection characteristics Sampling and filter material