核技术在环境领域中的应用课件.ppt

1、h1第七章第七章 核技术在环境领域核技术在环境领域 中的应用中的应用2022-8-13h2主要内容主要内容第一节第一节 辐射技术在环境中的应用辐射技术在环境中的应用第二节第二节 核分析技术在环境领域中的应用核分析技术在环境领域中的应用第三节第三节 环境科学中核技术的应用前景环境科学中核技术的应用前景2022-8-13h3 军事军事科学研究科学研究考古考古工业工业农业农业核医学核医学环境环境核技术核技术核技术诊断与辐照治疗核技术诊断与辐照治疗辐射育种、辐射不辐射育种、辐射不育防治虫害和同位育防治虫害和同位素示踪等。素示踪等。通过测定碳通过测定碳-l4的浓度的浓度测定文物、化石、煤测定文物、化石、

2、煤炭等的年代。炭等的年代。环境污染环境污染治理和分治理和分析检测析检测我国的10MeV直线感应加速器中国第一颗原子弹爆炸烟云中国第一颗原子弹爆炸烟云核物理和核物理和放射化学放射化学等基础研等基础研究。究。优化的优化的EDTMP结构结构 2022-8-13h4核技术在环境科学及环境保护领域中的应用：核技术在环境科学及环境保护领域中的应用：引言引言辐射技术辐射技术核分析技术核分析技术环境废物处理：处理废气、废水、固体废物，如利用电子束环境废物处理：处理废气、废水、固体废物，如利用电子束去除去除SO2/NOx等等环境样品分析探测：具有众多常规非核技术无可替代的特点，环境样品分析探测：具有众多常规非核

3、技术无可替代的特点，例如高灵敏度、准确度和精密度、高分辨率（包括空间分辨例如高灵敏度、准确度和精密度、高分辨率（包括空间分辨率和能量分辨率）、非破坏性、多元素测定能力等率和能量分辨率）、非破坏性、多元素测定能力等2022-8-13h5电离辐射电离辐射电磁辐射电磁辐射带电粒子射线带电粒子射线不带电粒子射线不带电粒子射线X X射线射线 射线射线 射线，射线，+射线射线电子束，电子束，射线，质子射线射线，质子射线氘核射线，重离子束氘核射线，重离子束介子束等介子束等中子中子辐射技术辐射技术非电离辐射非电离辐射绝大多数电离辐射是由核绝大多数电离辐射是由核反应堆、加速器以及放射反应堆、加速器以及放射性同位

4、素源产生的。性同位素源产生的。2022-8-13h6一、废气处理一、废气处理 n主要大气污染物：主要大气污染物：SOxSOx与与NOxNOxn烟气脱硫脱硝技术主要有：烟气脱硫脱硝技术主要有：固相吸附与再生技术固相吸附与再生技术、湿法同湿法同时脱硫脱硝技术时脱硫脱硝技术、吸收剂喷射法吸收剂喷射法等，绝大多数遇到成本过等，绝大多数遇到成本过高或装置复杂的困难，例如以石灰喷雾法脱硫，用酸、碱高或装置复杂的困难，例如以石灰喷雾法脱硫，用酸、碱吸收或催化还原法脱硝等。吸收或催化还原法脱硝等。n电子束照射法电子束照射法(EBA)(EBA)脱硫脱硝脱硫脱硝n波兰用俄罗斯生产的加速器净化劣质煤燃烧产波兰用俄罗

5、斯生产的加速器净化劣质煤燃烧产生大量生大量SOSO2 2与与NOx NOx。n日本利用俄罗斯生产的加速器净化烧垃圾时所日本利用俄罗斯生产的加速器净化烧垃圾时所产生的烟雾。产生的烟雾。例如例如2022-8-13h7脱硫脱硝工业化试验装置工艺流程简图脱硫脱硝工业化试验装置工艺流程简图实验装置组成：烟气参数调节系统、加速器辐照处理系统、实验装置组成：烟气参数调节系统、加速器辐照处理系统、氨投加装置、副产物收集装置、监测控制系统。氨投加装置、副产物收集装置、监测控制系统。2022-8-13h8电子束辐照法电子束辐照法n能同时脱硫脱硝，脱硫率能同时脱硫脱硝，脱硫率90%90%，脱硝率，脱硝率80%80%

6、。n是一种干法处理技术，不产生废水废渣；无需催化剂。是一种干法处理技术，不产生废水废渣；无需催化剂。n反应生成的副产品可用作化肥。反应生成的副产品可用作化肥。nEBAEBA能有效净化其它工业废气，如：汽车尾气，有气味、有毒能有效净化其它工业废气，如：汽车尾气，有气味、有毒的气体及焚烧炉的废气等。的气体及焚烧炉的废气等。电子束剂量需求高，电能需求大，运行费用高，辐照后气溶胶电子束剂量需求高，电能需求大，运行费用高，辐照后气溶胶的过滤等。的过滤等。（1 1）自由基生成（）自由基生成（2 2）SOSO2 2及及NONOx x的氧化（的氧化（3 3）硫铵和硝铵的生成）硫铵和硝铵的生成EBAEBA的反应

7、机理：的反应机理：EBAEBA的优点：的优点：EBAEBA的缺点：的缺点：2022-8-13h9二、废水处理二、废水处理水污染是当今全世界非常关注的一个严重问题。水污染是当今全世界非常关注的一个严重问题。人类生产活动的逐渐多样化，使废水中的污染物质组分越人类生产活动的逐渐多样化，使废水中的污染物质组分越加复杂，仅使用加复杂，仅使用活化污泥活化污泥等传统的处理水方法已不可能彻等传统的处理水方法已不可能彻底解决所有的废水净化，因此需要更有效的废水处理技术。底解决所有的废水净化，因此需要更有效的废水处理技术。辐射处理废水辐射处理废水始于始于19561956年，最初的研究主要是针对废水消年，最初的研究

8、主要是针对废水消毒。毒。2020世纪世纪7070年代初，美国的迈阿密建立了一套大规模电子加年代初，美国的迈阿密建立了一套大规模电子加速器，用于废水和污泥的处理研究。速器，用于废水和污泥的处理研究。2020世纪世纪8080年代，在全世界范围内有许多有关水和废水辐射年代，在全世界范围内有许多有关水和废水辐射处理的基础研究和工业实践。处理的基础研究和工业实践。2022-8-13h10研究和应用现状研究和应用现状日本高崎的原子能研究所用电子束和日本高崎的原子能研究所用电子束和射线进行废水和污泥的辐射线进行废水和污泥的辐照处理研究，日本东京的首都同位素研究中心自从照处理研究，日本东京的首都同位素研究中心

9、自从19831983年起便集年起便集中研究辐射处理填埋废渣的浸出物，以减少微生物和破坏有毒的中研究辐射处理填埋废渣的浸出物，以减少微生物和破坏有毒的有机污染物。有机污染物。在美国，用高能电子处理家庭废水始于在美国，用高能电子处理家庭废水始于19801980年麻萨诸塞州首府波年麻萨诸塞州首府波士顿的鹿儿岛废水处理厂。士顿的鹿儿岛废水处理厂。前苏联利用辐射技术净化废水在沃罗涅日市的前苏联利用辐射技术净化废水在沃罗涅日市的VoronezhVoronezh合成橡胶合成橡胶厂已得到工业应用，辐射装置有两条生产线，分别装备厂已得到工业应用，辐射装置有两条生产线，分别装备ELVELV型电型电子加速器子加速器

10、(能量能量0.71.0MeV0.71.0MeV，功率，功率50kW)50kW)，处理橡胶加工废水中的，处理橡胶加工废水中的难降解物质，难降解物质，电子束辐照处理后废水中的污染物得到初步降解，电子束辐照处理后废水中的污染物得到初步降解，其可生化性显著提高。再结合生物化学法处理，得到了很好的效其可生化性显著提高。再结合生物化学法处理，得到了很好的效果。果。我国的辐射研究和辐射应用事业始于二十世纪中叶，利用核辐射我国的辐射研究和辐射应用事业始于二十世纪中叶，利用核辐射技术对环境废物处理已有近三十年的发展历史，上海交通大学、技术对环境废物处理已有近三十年的发展历史，上海交通大学、中国科学院上海应用物理

11、研究所等单位都曾经进行过电子束辐照中国科学院上海应用物理研究所等单位都曾经进行过电子束辐照处理难降解有机废水的研究。处理难降解有机废水的研究。2022-8-13h11废水辐照处理的功能废水辐照处理的功能 去除有机污染物（去除有机污染物（TOCTOC、BODBOD、CODCOD）杀杀 菌菌去除无机污染物去除无机污染物2022-8-13h12辐照去除有机污染物辐照去除有机污染物n农药：农药：利用利用射线对射线对PCBsPCBs（多氯联苯）和（多氯联苯）和DDTDDT（双对氯苯（双对氯苯基三氯乙烷）等物质进行降解的研究表明，辐照剂量为基三氯乙烷）等物质进行降解的研究表明，辐照剂量为100 100 k

12、GykGy时，时，PCBsPCBs的去除率达的去除率达85%85%，而，而DDTDDT辐照辐照50kGy50kGy的去除率就的去除率就已接近已接近100%100%。GC-MSGC-MS（气相色谱（气相色谱)分析表明，降解产物为低分析表明，降解产物为低分子量的含氯物质。分子量的含氯物质。n表面活性物质：表面活性物质：辐射技术可以使其分子发生断裂而分解辐射技术可以使其分子发生断裂而分解成较轻的易于排除的物质，失去发泡能力。成较轻的易于排除的物质，失去发泡能力。n染料：染料：辐射技术可以使含有染料的废水退色。辐射技术可以使含有染料的废水退色。n其他：其他：辐射技术还可以对木质素、硝基苯胺、增塑剂、亚

13、辐射技术还可以对木质素、硝基苯胺、增塑剂、亚硝胺类、氯酚类和有机溶剂等进行有效的处理。硝胺类、氯酚类和有机溶剂等进行有效的处理。有机物辐照降解一般以氧化反应为主，保持较高的氧气含量，有机物辐照降解一般以氧化反应为主，保持较高的氧气含量，可有效提高氧化性自由基的产额，抑制还原性物质的产生。可有效提高氧化性自由基的产额，抑制还原性物质的产生。2022-8-13h13辐照杀菌辐照杀菌细菌是由有机复合物构成的，辐照可以有效地使细菌失去活性。细菌是由有机复合物构成的，辐照可以有效地使细菌失去活性。辐照剂量、辐照区域内水的温度、水的稳定状态、水中存在辐照剂量、辐照区域内水的温度、水的稳定状态、水中存在的化

14、学试剂以及不同类型病菌对辐射的敏感度等。的化学试剂以及不同类型病菌对辐射的敏感度等。微生物对于给定剂量辐射的敏感性既取决于物理因素（温微生物对于给定剂量辐射的敏感性既取决于物理因素（温度和辐射质量）和化学因素（激活剂和保护剂），又取决于度和辐射质量）和化学因素（激活剂和保护剂），又取决于生物的或生理的因素（生长阶段和生物的或生理的因素（生长阶段和DNADNA总量）。辐照之前对总量）。辐照之前对废水做适当的预处理，有利于达到微生物最大的致死效应。废水做适当的预处理，有利于达到微生物最大的致死效应。灭菌原理灭菌原理灭菌效果影响因素灭菌效果影响因素2022-8-13h14饮用水的消毒饮用水的消毒传统

15、氯灭菌缺点传统氯灭菌缺点：1.1.液氯和二氧化氯的投加增加了水中不挥发液氯和二氧化氯的投加增加了水中不挥发性有机氯化物的含量性有机氯化物的含量;2.;2.氯与水中有机物可能会生成有致癌氯与水中有机物可能会生成有致癌性的三卤甲烷。性的三卤甲烷。nGB/T5750.10-2006 GB/T5750.10-2006 生活饮用水标准检验方法生活饮用水标准检验方法 消毒副产物指标消毒副产物指标nGB 5749-2006 GB 5749-2006 生活饮用水卫生标准生活饮用水卫生标准辐射灭菌的优点：辐射灭菌的优点：1.1.不会产生有毒的含氯有机物，不会产生有毒的含氯有机物，2.2.辐照对于辐照对于用氯难以

16、杀死的过滤性病毒有很好的消毒作用。用氯难以杀死的过滤性病毒有很好的消毒作用。3.3.兼用辐照灭兼用辐照灭菌还可以大大减少投氯量，在杀灭微生物的同时，辐照还可以菌还可以大大减少投氯量，在杀灭微生物的同时，辐照还可以促进三卤甲烷的前体有机物（如：间苯二酚、丙酮酸、促进三卤甲烷的前体有机物（如：间苯二酚、丙酮酸、4-4-氧基氧基苯酚等）的分解。苯酚等）的分解。2022-8-13h15辐照去除无机污染物辐照去除无机污染物n19791979年新英格兰水族馆和麻省理工大学研究组指出，足够对液年新英格兰水族馆和麻省理工大学研究组指出，足够对液体污泥消毒的剂量也能有效还原水溶性有毒金属盐，而使金属体污泥消毒的

17、剂量也能有效还原水溶性有毒金属盐，而使金属不易被植物吸收。不易被植物吸收。nSchmellingSchmelling、MahnazMahnaz等分别利用电子束和等分别利用电子束和射线对含射线对含PbPb2+2+和和HgHg2+2+的废水进行处理。研究表明，金属离子在辐照产生的水合的废水进行处理。研究表明，金属离子在辐照产生的水合电子和氢原子作用下，可被还原为低价或单质金属，并从溶液电子和氢原子作用下，可被还原为低价或单质金属，并从溶液中沉淀出来。中沉淀出来。n加拿大原子能公司报道完成从工业废水中辐照加拿大原子能公司报道完成从工业废水中辐照-浮选回收汞，浮选回收汞，并实现在醋酸存在下将水合酸性并

18、实现在醋酸存在下将水合酸性Cr(VI)Cr(VI)被电离辐射有效还原为被电离辐射有效还原为Cr(III)Cr(III)。2022-8-13h16辐照去除无机污染物辐照去除无机污染物n辐射反应以还原反应为主，通过限制氧气含量而降低辐射反应以还原反应为主，通过限制氧气含量而降低OHOH的的产额，提高产额，提高H H和和e eaqaq-的产生量，同时使用乙醇作为的产生量，同时使用乙醇作为OHOH自由基自由基的消除剂，以阻止金属被重新氧化。的消除剂，以阻止金属被重新氧化。2222aqHgCleHgClClHgClHHgClClHHgClHg Cl （1 1）HgHg+还原还原（2 2）汞盐去除）汞盐去

19、除22223aqaqH OeHOHHH OH OHgeHgHgHHgH HgClHgCl不稳定不稳定HgHg2 2ClCl2 2沉淀沉淀2022-8-13h17辐射技术与其他废水处理技术联用辐射技术与其他废水处理技术联用辐射辐射-微生物处理微生物处理活性炭吸附活性炭吸附-辐射处理辐射处理辐射辐射-絮凝沉淀处理絮凝沉淀处理辐射辐射-臭氧处理臭氧处理2022-8-13h18n辐射辐射-微生物处理法必须在有充分溶解氧的情况下进行，微生物处理法必须在有充分溶解氧的情况下进行，辐射处理含有溶解氧的有机污染废水时，可以使若干难辐射处理含有溶解氧的有机污染废水时，可以使若干难于被微生物降解的有机污染物成为具

20、有于被微生物降解的有机污染物成为具有 -OH-OH、-CO-CO、-CHO-CHO、-COOH-COOH等官能团的容易被微生物分解的氧化物。等官能团的容易被微生物分解的氧化物。n所需的照射剂量小于单独使用照射时的三分之一。所需的照射剂量小于单独使用照射时的三分之一。n辐射辐射-微生物处理法对于含酚、氯化苯酚、木质素、腐殖微生物处理法对于含酚、氯化苯酚、木质素、腐殖酸等有机物的水溶液十分有效。酸等有机物的水溶液十分有效。辐射辐射微生物处理微生物处理最有希望获得财政支持液体废物处理方法最有希望获得财政支持液体废物处理方法2022-8-13h19n活性炭活性炭吸附有机污染物质吸附有机污染物质吸附能力

21、下降吸附能力下降吸附吸附能力完全丧失能力完全丧失“饱和炭饱和炭”。n采用吸附浓集与辐射联合处理，可以提高处理效率。采用吸附浓集与辐射联合处理，可以提高处理效率。n途径途径1 1：活性炭吸附的同时进行辐照，可以在吸附的同时活性炭吸附的同时进行辐照，可以在吸附的同时不断地将活性碳表面上的污染物分解，从而提高处理效率。不断地将活性碳表面上的污染物分解，从而提高处理效率。n途径途径2 2：活性炭先进行吸附处理，然后用辐射技术再生用活性炭先进行吸附处理，然后用辐射技术再生用过的活性炭，实现循环利用。过的活性炭，实现循环利用。活性炭吸附活性炭吸附辐射处理辐射处理2022-8-13h20n在某些情况下，辐照

22、后可以选用适当的絮凝剂处理，清除在某些情况下，辐照后可以选用适当的絮凝剂处理，清除沉淀组分。沉淀组分。n在不含氧在不含氧(少量氧少量氧)条件下对有机污染物进行辐照，可以使条件下对有机污染物进行辐照，可以使其中的溶解性高分子有机物的水溶性下降。从而易于用凝其中的溶解性高分子有机物的水溶性下降。从而易于用凝聚沉淀法除去。聚沉淀法除去。n辐照辐照-絮凝处理也可以减少需要照射的剂量。对于用作表絮凝处理也可以减少需要照射的剂量。对于用作表面活性剂的聚乙二醇辛基苯基醚和用作聚合剂的聚乙烯醇面活性剂的聚乙二醇辛基苯基醚和用作聚合剂的聚乙烯醇等辐照后采用沉淀处理都很有效。等辐照后采用沉淀处理都很有效。辐射辐射

23、絮凝沉淀处理絮凝沉淀处理 2022-8-13h21编号编号辐射辐射絮凝法絮凝法生化处理法生化处理法1 1能同时对污水和污泥进行消毒能同时对污水和污泥进行消毒不能解决污水和污泥的消毒问题不能解决污水和污泥的消毒问题2 2无需增加杀菌、脱色、除臭、悬浮无需增加杀菌、脱色、除臭、悬浮物去除等设备物去除等设备需要增加杀菌、脱色、除臭、悬浮物需要增加杀菌、脱色、除臭、悬浮物去除等设备去除等设备3 3脱色效果好，出水无色透明脱色效果好，出水无色透明脱色效果一般，出水色度在脱色效果一般，出水色度在1515度以下度以下4 4出水悬浮物浓度较低出水悬浮物浓度较低出水悬浮物浓度较高出水悬浮物浓度较高5 5臭强度可

24、达到一级，除臭效果明显臭强度可达到一级，除臭效果明显臭强度在二级以上臭强度在二级以上6 6不产生大量的污泥不产生大量的污泥产生大量的污泥产生大量的污泥7 7处理效果不受环境因素的影响处理效果不受环境因素的影响处理效果受环境因素的影响处理效果受环境因素的影响8 8有机物去除率低有机物去除率低有机物去除率高有机物去除率高9 9占地面积小占地面积小占地面积大占地面积大1010处理后的污水和污泥对环境不产生处理后的污水和污泥对环境不产生二次污染问题二次污染问题处理后的污水和污泥可能对环境产生处理后的污水和污泥可能对环境产生二次污染问题二次污染问题1111基建费用高基建费用高基建费用低基建费用低辐射辐射

25、絮凝法与生化处理城市污水的优缺点对照絮凝法与生化处理城市污水的优缺点对照2022-8-13h22臭氧的氧化选择性很强，对只含有饱和键的有机化合物几乎臭氧的氧化选择性很强，对只含有饱和键的有机化合物几乎不起反应，例如，乙二醇基本上不能被臭氧氧化。对带有不不起反应，例如，乙二醇基本上不能被臭氧氧化。对带有不饱和键的有机物及饱和键的有机物及-OH-OH、=NH=NH、-NH-NH2 2 官能团均易于反应。官能团均易于反应。1.1.既能使水漂白，又能大大降低溶解有机碳既能使水漂白，又能大大降低溶解有机碳(DOC)(DOC)。O O3 3处理废水，先与水分解产生羟基自由基处理废水，先与水分解产生羟基自由

26、基OHOH，然后通过，然后通过这些这些OHOH自由基与有机污染物分子反应，当采用辐射自由基与有机污染物分子反应，当采用辐射-臭氧作臭氧作联合处理时，除产生联合处理时，除产生OHOH自由基外，还产生水合电子自由基外，还产生水合电子e eaqaq-、氢、氢自由基自由基H H等其他活性粒子，使有机物发生连锁氧化反应。等其他活性粒子，使有机物发生连锁氧化反应。2.2.与辐射法单独处理相比的优点是，即使是浓度很低的有与辐射法单独处理相比的优点是，即使是浓度很低的有机物也能得到有效地去除。机物也能得到有效地去除。辐射辐射-臭氧处理的优点：臭氧处理的优点：辐射辐射臭氧处理臭氧处理2022-8-13h23辐射

27、处理废水的影响因素辐射处理废水的影响因素 n辐射类型及其能量分布、射线在水中的穿透能力、辐射与辐射类型及其能量分布、射线在水中的穿透能力、辐射与水相互作用体积的几何形状以及水对辐射通量的水相互作用体积的几何形状以及水对辐射通量的“厚度厚度”。n高能电子束的可控性好，反应速率快，但是穿透能力较弱。高能电子束的可控性好，反应速率快，但是穿透能力较弱。射线的穿透能力较强，但是辐射剂量较低而使反应时间射线的穿透能力较强，但是辐射剂量较低而使反应时间偏长。偏长。n针对辐照射线的特点合理地设计辐照条件（如辐照剂量、针对辐照射线的特点合理地设计辐照条件（如辐照剂量、时间、温度、时间、温度、废水厚度废水厚度等

28、）可以有效地实现废水的处理，等）可以有效地实现废水的处理，另外，通过改变其他辐照反应体系和条件另外，通过改变其他辐照反应体系和条件(如氧气浓度、如氧气浓度、pHpH、微量添加物等微量添加物等)，可控制主要辐照产物的产额，继而使反应，可控制主要辐照产物的产额，继而使反应朝着所需的方向进行。朝着所需的方向进行。2022-8-13h24三、固体废弃物处理三、固体废弃物处理 可回收的高分子固体废物可回收的高分子固体废物需消毒的固体废物需消毒的固体废物2022-8-13h25废塑料废塑料聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（PTFEPTFE）形势：形势：全球氟树脂的消费量约为全球氟树脂的消费量约为1212万吨，其中万

29、吨，其中70%70%左右为左右为PTFEPTFE。而我国每年大约有。而我国每年大约有1000t1000t左右的废旧左右的废旧PTFEPTFE有待回有待回收利用。收利用。PTFEPTFE价格昂贵价格昂贵回收经济又环保回收经济又环保PTFEPTFE处理难度：处理难度：PTFEPTFE极其稳定，不能生化分解，难机械破极其稳定，不能生化分解，难机械破碎，用高温处理会产生大量有毒的氟化物。碎，用高温处理会产生大量有毒的氟化物。2022-8-13h26废塑料废塑料日本曾用日本曾用射线辐照与加热法联合处理，再机械破碎，得到射线辐照与加热法联合处理，再机械破碎，得到分子量不同的纳米级聚四氟乙烯蜡状粉末，可作为

30、优良的润分子量不同的纳米级聚四氟乙烯蜡状粉末，可作为优良的润滑剂（耐高温）和添加剂，加入润滑油、润滑脂中，可大大滑剂（耐高温）和添加剂，加入润滑油、润滑脂中，可大大提高这些产品的质量。提高这些产品的质量。对废弃的聚四氟乙烯粉末进行辐照制造墨水、衣服以及润滑对废弃的聚四氟乙烯粉末进行辐照制造墨水、衣服以及润滑剂的主要成分，现在也成为工业界的一个热点剂的主要成分，现在也成为工业界的一个热点 。辐射诱发塑料降解辐射诱发塑料降解：可通过所使用的剂量、剂量率和温度来：可通过所使用的剂量、剂量率和温度来控制辐射诱发过程。控制辐射诱发过程。2022-8-13h27废橡胶废橡胶 辐射技术可用于辐射技术可用于橡

31、胶的硫化橡胶的硫化和和废旧橡胶的脱硫化废旧橡胶的脱硫化成熟技术成熟技术辐射回收橡胶原理辐射回收橡胶原理 辐射处理主要是利用橡胶对电子束和辐射处理主要是利用橡胶对电子束和射线独有的敏感射线独有的敏感性，使废旧橡胶发生化学链解聚，从而获得有价值的加工特性，使废旧橡胶发生化学链解聚，从而获得有价值的加工特性和改进它们的耐用性。在辐照剂量达到性和改进它们的耐用性。在辐照剂量达到70kGy70kGy时可以明显时可以明显增强原始橡胶树脂和回收橡胶混合物的可塑性质，而对增强原始橡胶树脂和回收橡胶混合物的可塑性质，而对“拉拉长长”等其他物理性质影响不大。等其他物理性质影响不大。大多数橡胶弹性体在射线作用下发生

32、交联反应，只有极大多数橡胶弹性体在射线作用下发生交联反应，只有极少数含少数含4 4价碳原子基团的胶种如丁基硫化胶等在高能辐射场价碳原子基团的胶种如丁基硫化胶等在高能辐射场下呈现降解反应。下呈现降解反应。2022-8-13h28废橡胶废橡胶 丁基橡胶丁基橡胶 u丁基硫化胶主要用来制造汽车轮胎，而丁基橡胶是生产丁丁基硫化胶主要用来制造汽车轮胎，而丁基橡胶是生产丁基硫化胶的主要原料。基硫化胶的主要原料。u丁基硫化胶在辐照下发生降解反应，降解程度取决于辐照丁基硫化胶在辐照下发生降解反应，降解程度取决于辐照剂量，所以通过调节辐射剂量就可以方便地产生不同相对剂量，所以通过调节辐射剂量就可以方便地产生不同相

33、对分子质量和不同塑性值的丁基再生橡胶，再生的效果非常分子质量和不同塑性值的丁基再生橡胶，再生的效果非常理想。理想。u目前我国丁基橡胶的回收再利用已经达到了每年目前我国丁基橡胶的回收再利用已经达到了每年2000t2000t的的水平。商业产品中的橡胶树脂水平。商业产品中的橡胶树脂25%25%是基于被回收利用的橡是基于被回收利用的橡胶。回收的橡胶还可以用在屋顶和船只的防水材料中。胶。回收的橡胶还可以用在屋顶和船只的防水材料中。2022-8-13h29废橡胶废橡胶 辐射回收橡胶过程辐射回收橡胶过程 先把旧轮胎切割成小碎片，然后用高能电子束或先把旧轮胎切割成小碎片，然后用高能电子束或射线辐射线辐照，使大

34、分子网络结构分解，从而改变了橡胶力学的性质。照，使大分子网络结构分解，从而改变了橡胶力学的性质。破碎的纤维分离之后，原料便可与其它组分混合用于生产新破碎的纤维分离之后，原料便可与其它组分混合用于生产新轮胎。轮胎。优点：优点：整个回收利用过程相当环保，几乎没有污染。整个回收利用过程相当环保，几乎没有污染。缺点：缺点：只适用于丁基橡胶等少数胶种的再生。只适用于丁基橡胶等少数胶种的再生。2022-8-13h30纤维素纤维素 农林业垃圾木材和农产品秸杆的主要成分农林业垃圾木材和农产品秸杆的主要成分 日本用辐照法处理木屑、废纸、稻草等，通过糖化与发酵日本用辐照法处理木屑、废纸、稻草等，通过糖化与发酵而得

35、到酒精；而得到酒精；美国对这类纤维素加酸后辐照处理，得到的葡萄糖回收率美国对这类纤维素加酸后辐照处理，得到的葡萄糖回收率高达高达56%56%。美、俄等国研究用辐射技术处理棉纤维素制备火药粘结美、俄等国研究用辐射技术处理棉纤维素制备火药粘结剂剂硝化纤维素硝化纤维素(NC)(NC)，得到了很大的成果。，得到了很大的成果。中国（上海大学的周瑞敏教授等）在粘胶纤维的磺化过程中国（上海大学的周瑞敏教授等）在粘胶纤维的磺化过程中用辐射技术处理纤维素浆粕，减少了中用辐射技术处理纤维素浆粕，减少了CSCS2 2的用量。的用量。2022-8-13h31硝化纤维的制备硝化纤维的制备 传统的硝化过程：传统的硝化过程

36、：纤维素与硝硫混酸的硝化及纤维素与硝硫混酸的硝化及NCNC的安定处理。的安定处理。缺点：缺点：1.1.硝化过程中生成了硫酸酯而使得安定处理时间很长；硝化过程中生成了硫酸酯而使得安定处理时间很长；2 2.废酸处理过程复杂。废酸处理过程复杂。3 3.天然棉纤维素的分子量很高天然棉纤维素的分子量很高,制备制备出的出的NCNC粘度高粘度高,不能满足各种用途的需要。不能满足各种用途的需要。新生产工艺新生产工艺过程过程（前苏联研制前苏联研制）：）：(1)(1)用高能电子辐射预处用高能电子辐射预处理精制棉纤维素理精制棉纤维素;(2)(2)用高活性的混合硝化剂用高活性的混合硝化剂(HNO(HNO3 3-N-N

37、2 2O O4 4-N-N2 2O O5 5)进行硝化进行硝化;(3)(3)NCNC的安定处理。的安定处理。优点：优点：1.1.硝化中不用硫酸硝化中不用硫酸,有利于提高有利于提高NCNC的安定性的安定性,可大大缩可大大缩短安定处理时间；短安定处理时间；2.2.废酸处理简化并减少了污染废酸处理简化并减少了污染;3.3.辐射后辐射后棉纤维素分子量降低棉纤维素分子量降低,有利于控制粘度有利于控制粘度,可满足制造各种品可满足制造各种品号号NCNC对粘度的要求对粘度的要求;4.4.产物的分子量分布均一产物的分子量分布均一;5.5.生产率提高生产率提高,并且提高了并且提高了NCNC质量。质量。2022-8

38、-13h32医疗废物和港口垃圾医疗废物和港口垃圾 医疗废物：医疗废物：含有大量的致病菌、病毒，还含有化学药品，甚含有大量的致病菌、病毒，还含有化学药品，甚至重金属化合物，还有大量的塑料。至重金属化合物，还有大量的塑料。港口垃圾：港口垃圾：食品碎屑、塑料、纤维素等，可能存在潜在的动食品碎屑、塑料、纤维素等，可能存在潜在的动物传染病原体。物传染病原体。传统处理方式：传统处理方式：加热加热(100(100以上至少以上至少30min)30min)或焚化或焚化(产生毒产生毒气气)在新处理方式：在新处理方式：辐射处理辐射处理(辐照装置设在港区，能自动和连辐照装置设在港区，能自动和连续工作续工作)2022-

39、8-13h33污污 泥泥 环境状况：环境状况：每人每年大约产生每人每年大约产生26kg26kg（干重）污泥。美国每年（干重）污泥。美国每年花费花费2020多亿美元进行污泥的处理和管理来自超过多亿美元进行污泥的处理和管理来自超过1300013000个公个公立处理工厂的立处理工厂的5 57 7百万吨（干重）生物固体。在中国，百万吨（干重）生物固体。在中国，20052005年就产生了大概年就产生了大概350350万吨（干重）污水污泥。万吨（干重）污水污泥。污泥特点：污泥特点：含水含水(高高)、有机物、病原体和少量重金属等。、有机物、病原体和少量重金属等。2022-8-13h34辐射处理污泥辐射处理污

40、泥 污泥辐照的优点：污泥辐照的优点：国际上普遍认为很有前途的污泥处理方法。国际上普遍认为很有前途的污泥处理方法。能杀死污泥中的病菌和病毒，消毒效果比热处理可靠；能杀死污泥中的病菌和病毒，消毒效果比热处理可靠；不破坏污泥中的有机氮化物，不会减少了污泥的肥力和产生不破坏污泥中的有机氮化物，不会减少了污泥的肥力和产生难闻的臭味；难闻的臭味；处理温度较低处理温度较低(25(2530)30)，减少对工厂设备的腐蚀；，减少对工厂设备的腐蚀；可以氧化有毒的和危险的有机物污染物（如杀虫剂、除草剂、可以氧化有毒的和危险的有机物污染物（如杀虫剂、除草剂、多氯联苯等），把难于生物降解的物质转化为容易降解的化多氯联苯

41、等），把难于生物降解的物质转化为容易降解的化合物；合物；辐照后的污泥具有良好的脱水性能，可省去化学絮凝剂和一辐照后的污泥具有良好的脱水性能，可省去化学絮凝剂和一些相应的设备。些相应的设备。2022-8-13h35世界第一个污泥辐照厂世界第一个污泥辐照厂格梭布尔拉治处理厂，格梭布尔拉治处理厂，19731973年建在年建在德国慕尼黑东德国慕尼黑东10km10km处，处，6060CoCo源，源，19831983年补充安装年补充安装137137CsCs辐射源。辐射源。美国、印度、美国、印度、日本、澳大日本、澳大利亚、桑迪利亚、桑迪亚等国也建亚等国也建立了污泥辐立了污泥辐照装置。照装置。辐射处理污泥辐射

42、处理污泥2022-8-13h36n利用辐射技术治理利用辐射技术治理“三废三废”，可以改善人，可以改善人类生存环境。类生存环境。n核能作为一种清洁能核能作为一种清洁能源，能够明显减少有源，能够明显减少有害气体的排放，从而害气体的排放，从而有效地保护环境。有效地保护环境。n核能和核技术必将促核能和核技术必将促进人类、能源和环境进人类、能源和环境的可持续发展！的可持续发展！2022-8-13h37核分析技术的原理：核分析技术的原理：被测定的材料或样品自身衰变被测定的材料或样品自身衰变或在电离辐射的作用下产生辐射特征，测量其辐射或在电离辐射的作用下产生辐射特征，测量其辐射特征确定核素种类，经过计数效率

43、刻度可进一步确特征确定核素种类，经过计数效率刻度可进一步确定样品中核素的活度、含量等信息。定样品中核素的活度、含量等信息。广泛应用于：广泛应用于：p大气污染物监测大气污染物监测p水体和各类环境样品的分析水体和各类环境样品的分析p有害元素及物质在环境介质中的影响和迁移规律研有害元素及物质在环境介质中的影响和迁移规律研究等究等2022-8-13h38环境研究中应用的核技术方法环境研究中应用的核技术方法 n中子活化技术中子活化技术：从总量分析发展到元素的化学总态分析。：从总量分析发展到元素的化学总态分析。n同位素示踪技术同位素示踪技术：广泛应用在环境大气和水中扩散模式：广泛应用在环境大气和水中扩散模

44、式的实验研究。的实验研究。n同步辐射同步辐射X X射线荧光分析射线荧光分析：广泛应用于环境样品的形态分：广泛应用于环境样品的形态分析，在珍稀的极地环境样品（例如，气溶胶，骨胳和残析，在珍稀的极地环境样品（例如，气溶胶，骨胳和残骨，冰雪）地分析研究中也是首选的分析手段之一。骨，冰雪）地分析研究中也是首选的分析手段之一。n穆斯堡尔谱学穆斯堡尔谱学（M Mssbauer effectssbauer effect）：成功用于大气中）：成功用于大气中铁微粒的鉴别铁微粒的鉴别，不仅能分析出污染量，而且能给出污染，不仅能分析出污染量，而且能给出污染物的化学总态。物的化学总态。2022-8-13h39环境研究

45、中应用的核技术方法环境研究中应用的核技术方法 n加速器质谱技术加速器质谱技术（Accelerator mass spectrometryAccelerator mass spectrometry，AMSAMS）：是一种超高灵敏度现代核分析技术，主要用于长）：是一种超高灵敏度现代核分析技术，主要用于长寿命放射性核素的同位素丰度比的分析，从而推断样品的寿命放射性核素的同位素丰度比的分析，从而推断样品的年龄或进行示踪研究，其探测下限可达年龄或进行示踪研究，其探测下限可达1010-2-2至至1010-15-15。n低温等离子体技术低温等离子体技术：广泛应用于污染物的分析鉴别及废气、：广泛应用于污染物的

46、分析鉴别及废气、废液及废渣的治理。废液及废渣的治理。n固体核径迹探测技术固体核径迹探测技术：在灾变环境、室内氡气的监测等方：在灾变环境、室内氡气的监测等方面有重要作用。面有重要作用。2022-8-13h40核分析技术在辐射环境监测领域的应用核分析技术在辐射环境监测领域的应用n环境辐射水平监测环境辐射水平监测：包括大气中的放射性气溶胶，地面：包括大气中的放射性气溶胶，地面辐射剂量水平、水中、土壤和建筑材料的放射性活度和室辐射剂量水平、水中、土壤和建筑材料的放射性活度和室内外氡浓度等的监测。内外氡浓度等的监测。n核设施的监测核设施的监测：核设施烟囱放射性流出物监测；核设施周：核设施烟囱放射性流出物

47、监测；核设施周围辐射环境水平监测。围辐射环境水平监测。n流动流动谱仪寻测技术谱仪寻测技术：可以快速进行大地辐射剂量分布和：可以快速进行大地辐射剂量分布和相应核素活度的测量。从而快速进行环境污染水平调查和相应核素活度的测量。从而快速进行环境污染水平调查和环境影响评价。环境影响评价。2022-8-13h41测能量测能量测强度测强度衰变衰变一、中子活化分析在环境中的应用一、中子活化分析在环境中的应用 由于射线的能量和半衰期是放射性核素的特征，通过测由于射线的能量和半衰期是放射性核素的特征，通过测定放射性核素的半衰期或者放射线的能量，便能定性，通过定放射性核素的半衰期或者放射线的能量，便能定性，通过测

48、定射线强度，便可定量。测定射线强度，便可定量。中子轰击中子轰击待测试样待测试样核反应核反应瞬发辐射瞬发辐射放射性核素放射性核素缓发辐射缓发辐射测能量测能量测强度测强度定性定量定性定量定性定性定量定量中子活化分析的基础是核反应。中子活化分析的基础是核反应。2324NanNa 2424(1.4)(2.7)(1.4)NaMgMeVMeVMeV 例如：例如：2424NaNa的半衰期是的半衰期是15.03h15.03h2022-8-13h422.2.样品传送装置样品传送装置中子活化分析设备中子活化分析设备 反应堆反应堆;加速器加速器;同位素中子源同位素中子源.1.1.中子源：中子源：中子能谱很宽，能量中

49、子能谱很宽，能量0.001eV0.001eV到到15 MeV15 MeV，具有，具有极高灵敏度。占全部极高灵敏度。占全部NAA95%NAA95%以上。以上。基于加速器产生快中子基于加速器产生快中子 主要主要T(d,n)T(d,n)14MeV14MeV中子中子 10107-107-10/cm/cm2 2s s241241Am-BeAm-Be：2.22.210106 6n/Cin/Cis s252252CfCf：2.32.310101212n/gn/gs s3.3.射线探测器射线探测器活化分析短寿命核素活化分析短寿命核素 跑兔装置跑兔装置能谱测量装能谱测量装置置HPGe HPGe 或或Ge Ge(

50、Li)(Li)探测器探测器2022-8-13h43（一）在大气环境地球化学中的应用（一）在大气环境地球化学中的应用n研究大气污染问题，必须测定污染物的化学组份。研究大气污染问题，必须测定污染物的化学组份。除常用的化学分析方法以外，普遍采用的有：除常用的化学分析方法以外，普遍采用的有：AES(AES(原子发射光谱原子发射光谱)、AAS(AAS(原子吸收光谱原子吸收光谱)、XRFXRF、ICP-AES(ICP-AES(等离子体光谱仪等离子体光谱仪)、PIXEPIXE及及NAANAA等。等。n气溶胶的特点：气溶胶的特点：p所含的元素浓度很低；所含的元素浓度很低；p气溶胶中含有大量元素，需要进行多元素