本發(fā)明涉及樣品燃燒收集技術(shù)，具體涉及一種用于沉積物或生物放射性有機(jī)碳氚樣品的立式氧化燃燒裝置、其使用方法及收集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、從事放射性的研究和生產(chǎn)的核設(shè)施在某些情形下會(huì)向環(huán)境中排放一定量的氚(t或3h)和14c，并對(duì)環(huán)境造成一定的污染。進(jìn)入環(huán)境的氚和碳14c分別以主要hto和二氧化碳(14co2)形式參加自然水和碳的循環(huán)，參與全球生物地球化學(xué)循環(huán)以及一切代謝過程。通過土壤等媒介，氚和14c被植物、動(dòng)物吸收，并由這些動(dòng)植物食品傳輸?shù)酱?，通常通過監(jiān)測(cè)某地區(qū)土壤、水、植物樣品中的氚和14c的含量來評(píng)估該地區(qū)受氚和14c污染的程度。

2、近年來，隨著我國核能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，核設(shè)施正常排放或事故排放的氚和14c對(duì)環(huán)境和公眾的影響已引起了越來越多的關(guān)注，因此，有必要開展環(huán)境有機(jī)氚和14c的測(cè)量。目前常用的氚和14c分析方法中，有機(jī)氚碳的分析比較困難，通常將樣品轉(zhuǎn)化成液體狀態(tài)利用液體閃爍計(jì)數(shù)器測(cè)量是最有效的辦法。由于環(huán)境中氚和14c的含量較低，因此需要將其轉(zhuǎn)化成水和二氧化碳進(jìn)行富集，從而提高氚和14c測(cè)量的精確程度。而現(xiàn)有的制樣裝置不僅制樣時(shí)間長，且難以同時(shí)兼顧有機(jī)氚和14c的富集，因此難以滿足實(shí)際的測(cè)量需要。為了檢測(cè)沉積物或生物放射性有機(jī)碳氚樣品中的14c和氚含量，一般采用將樣品在高溫條件下氧化燃燒并收集充分氧化燃燒后的氣體的方式，充分燃燒后的氣體包括二氧化碳和水。

3、2023年5月26日公告的實(shí)用新型專利“有機(jī)氚碳樣品制取用氧化燃燒裝置”公告了一種有機(jī)氚碳樣品制取用氧化燃燒裝置，包括氧化燃燒爐、加熱裝置和吸收裝置，氧化燃燒爐的內(nèi)部空間被分割有樣品放置區(qū)和催化反應(yīng)區(qū)，樣品放置區(qū)被分割有第一空間和第二空間，樣品置于第一空間內(nèi)，第一空間具有通氣孔，氧氣依次經(jīng)進(jìn)氣管、二次燃燒進(jìn)氣孔、第二空間、通氣孔進(jìn)入第一空間內(nèi)，使第一空間內(nèi)的樣品熱解產(chǎn)物燃燒，燃燒后產(chǎn)物進(jìn)入催化反應(yīng)區(qū)。但該裝置中氧氣和樣品一次燃燒后的氣體接觸充分程度不足，燃燒尚不充分。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于沉積物或生物放射性有機(jī)碳氚樣品的立式氧化燃燒裝置。

2、本發(fā)明所述的一種用于沉積物或生物放射性有機(jī)碳氚樣品的立式氧化燃燒裝置，包括：燃燒氧化模塊，所述燃燒氧化模塊包括立式可分離型燃燒管、至少兩進(jìn)氣管、引氣部和加熱器；所述燃燒管包括底座和固定部，所述底座可通過升降方式與所述固定部分離或組合，所述燃燒管中設(shè)有通過所述底座和所述固定部升降來啟閉的燃燒室；所述進(jìn)氣管分別從上下方伸入所述燃燒室內(nèi)，用于分別沿上下方向往所述燃燒室通入助燃?xì)怏w，使所述助燃?xì)怏w形成渦流來促進(jìn)樣品充分燃燒；所述引氣部設(shè)置于所述固定部的頂部，用于引出所述樣品燃燒形成的氣體；所述加熱器套設(shè)于所述燃燒管外部，用于通過加熱使所述樣品達(dá)到燃點(diǎn)并燃燒；氧化催化模塊，所述氧化催化模塊連通所述引氣部，用于使所述第一產(chǎn)物被進(jìn)一步氧化催化形成第二產(chǎn)物；三元催化模塊，所述三元催化模塊連通所述氧化催化模塊，用于使所述第二產(chǎn)物通過氧化還原反應(yīng)進(jìn)一步無害化。

3、優(yōu)選地，所述加熱器包括至少一加熱部和風(fēng)冷部，該所述加熱部套設(shè)于所述燃燒管外部側(cè)面，用于通過加熱使所述樣品達(dá)到燃點(diǎn)并燃燒，所述風(fēng)冷部包括殼體和風(fēng)冷器，所述殼體套設(shè)在所述燃燒管外部側(cè)面，為雙層殼體且雙層之間帶有空腔，所述風(fēng)冷器的出風(fēng)口和進(jìn)風(fēng)口連通所述雙層殼體之間的空腔。

4、優(yōu)選地，所述底座上固定有或可拆卸地設(shè)有樣品放置部件，所述樣品放置部件為樣品管或坩堝。

5、優(yōu)選地，所述進(jìn)氣管為兩根，其中一所述進(jìn)氣管從所述固定部頂部伸入所述燃燒室或從所述固定部側(cè)面伸入所述燃燒室，另一所述進(jìn)氣管從所述底座伸入所述燃燒室。

6、優(yōu)選地，所述氧化催化模塊包括表面成分為氧化銅的泡沫銅網(wǎng)，和第一石英濾網(wǎng)，所述泡沫銅網(wǎng)位于所述第一產(chǎn)物從所述引氣部流向所述三元催化模塊的通道內(nèi)，用于使所述第一產(chǎn)物在經(jīng)過被加熱的所述泡沫銅網(wǎng)時(shí)被氧化銅催化氧化形成所述第二產(chǎn)物，所述第一石英濾網(wǎng)位于所述泡沫銅網(wǎng)和所述燃燒室之間，用于防止所述泡沫銅網(wǎng)和氧化銅落入所述燃燒室。

7、優(yōu)選地，所述加熱器還包括另一所述加熱部，該所述加熱部套設(shè)于所述引氣部外部側(cè)面，用于通過加熱使所述泡沫銅網(wǎng)表面形成氧化銅；每一所述加熱部的溫度獨(dú)立控制。

8、優(yōu)選地，所述三元催化模塊包括鉑-銠-鈀三元催化器、第二石英濾網(wǎng)和石英催化管，所述石英催化管一端連接所述引氣部，所述鉑-銠-鈀三元催化器位于所述石英催化管內(nèi)，所述第二石英濾網(wǎng)位于所述鉑-銠-鈀三元催化器靠近所述引氣部的一端，用于防止所述鉑-銠-鈀三元催化器沿所述石英催化管向所述引氣部方向移動(dòng)。

9、本發(fā)明還提供一種上述任一技術(shù)方案所述用于沉積物或生物放射性有機(jī)碳氚樣品的立式氧化燃燒裝置的使用方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一，降下所述底座，放入所述樣品，然后升起所述底座，使其與所述固定部結(jié)合成一體；步驟二、使所述氧化催化模塊具備氧化催化能力，使所述三元催化模塊具備氧化還原能力，并通過所述進(jìn)氣管從所述燃燒管上下方通入所述助燃?xì)怏w并通過所述加熱器或用于加熱所述樣品的加熱部加熱所述樣品至燃點(diǎn)；步驟三、持續(xù)加熱或恒溫、氧化、催化、還原至所述樣品燃燒形成的氣體的無害化完成。

10、優(yōu)選地，步驟一中，將所述樣品放入樣品放置部件并固定于所述底座，或?qū)⑺鰳悠贩胖糜诠潭ㄓ谒龅鬃乃鰳悠贩胖貌考?；步驟二中，所述加熱器或用于加熱樣品的所述加熱部的加熱溫度為400℃-1200℃，所述氧化催化模塊包括表面物質(zhì)為氧化銅的泡沫銅網(wǎng)，使所述泡沫銅網(wǎng)具備氧化催化活性的方法為加熱所述泡沫銅網(wǎng)并保持加熱溫度為400℃-1200℃；所述三元催化模塊為鉑-銠-鈀三元催化器，使所述三元催化模塊具備氧化還原活性的方法為加熱所述鉑-銠-鈀三元催化器310并保持加熱溫度為400℃-800℃。

11、本發(fā)明還提供一種用于沉積物或生物放射性有機(jī)碳氚樣品的氧化燃燒收集系統(tǒng)，包括上述任一技術(shù)方案所述用于沉積物或生物放射性有機(jī)碳氚樣品的立式氧化燃燒裝置。

12、本發(fā)明所述的一種用于沉積物或生物放射性有機(jī)碳氚樣品的立式氧化燃燒裝置，其優(yōu)點(diǎn)在于，以氧氣為助燃?xì)怏w為例，對(duì)底座上的樣品通氧氣加熱，達(dá)到燃點(diǎn)溫度后快速燃燒，氧化產(chǎn)生氣體(主要包括一氧化碳(co，含14co)、碳?xì)浠衔?chn，未完全燃燒的碳?xì)浠衔?chn，含14c氫化合物14chn、碳氚化合物ctn、14c氚化合物14ctn，其中下標(biāo)n代表原子數(shù)，下同)、二氧化碳(co2，含14co2)、水或氚水(hto，dto或t2o))和顆粒物(主要為未完全燃燒的碳?xì)溲趸衔颿nhmok，含14cnhmok、cntmok和14cntnok等顆粒物；其中下標(biāo)n、m和k分別代表原子數(shù)，下同)；在上述燃燒管中部：氣體和顆粒物隨氣流上升，在氧氣作用下繼續(xù)燃燒，釋放大量熱量加速燃燒；在上述燃燒管上部通過進(jìn)氣管加入向下方流動(dòng)的純氧氣流，與上升氣流交匯，可以有效地補(bǔ)充氧氣加速燃燒；同時(shí)，向下方流動(dòng)的純氧氣流與上升氣流交匯，必然會(huì)在上述燃燒管中上部區(qū)域形成渦流小環(huán)境，部分未燃燒充分的顆粒物也會(huì)像上下起伏的氣流一樣沸騰燃燒，更利于樣品的完全燃燒。除了氧氣外，在其他助燃?xì)怏w存在的體系例如氫氣，烷烴為助燃?xì)怏w或助燃?xì)怏w之一的體系，也可以通過本發(fā)明方案形成上述渦流環(huán)境從而促進(jìn)相應(yīng)體系樣品的燃燒。本發(fā)明基于三級(jí)級(jí)聯(lián)模塊式氧化催化設(shè)計(jì)，有效克服雙區(qū)燃燒不完全的缺點(diǎn)，氚水和14c二氧化碳的轉(zhuǎn)化效率更高，基于沸騰燃燒原理的立式雙路氧助燃設(shè)計(jì)，并熱量利用效率高，燃燒更加充分。此外本發(fā)明還提供了所述裝置的使用方法及收集系統(tǒng)，方法簡單，樣品燃燒充分，氣體無害化程度高，收集方便。