耐温800℃陶瓷疏水催化剂的研制

用强酸对多孔疏水材料进行表面改性,获得疏水多孔陶瓷载体.采用浸渍法制备出耐温达800℃陶瓷基疏水催化剂,分别在低浓度氢-空气环境(φ(H2)=10-3)和低活度氚水环境(氚的放射性浓度1 570 kBq/L)中对其催化氧化效率和催化交换效率进行了测试,结果表明,在该疏水催化剂存在条件下,催化氧化反应的单程转化率为95％...     

φ6mm Pt-PTFE疏水催化剂的研制

在研制粒径为6mm的多孔PTFE疏水担体基础上,采用浸渍法研制了可在工程上应用的Pt PTFE疏水催化剂。室温下,在并流催化床上考察了该疏水催化剂的催化活性、疏水性能和催化剂上活性粒子的稳定性。结果表明:当氚浓度为153Bq/mL,氢气线速度为5.31cm/s和15.93cm/s时,水中氚的催化转化率分别为73.7%和69.6%。在用普通水浸泡并淋洗145d后,该疏水催化剂的催化活性和活性粒子(Pt)的含量无明显变化。     

常温催化氢氧化合过程研究

采用本实验室制备的Pt-SDB(聚乙烯-二乙烯苯)疏水催化剂，研究了在管式反应器中氢气和氧气的化合反应。考察了冷却方式、惰性填料、温度、空速和催化剂用量等因素对常温催化氢氧化合过程的影响，并进行了宏观动力学研究，测定了表观活化能。实验结果表明：疏水催化剂Pt-SDB在常温下高效催化氢氧化合反应，而且具有良好的疏水性。建立了反应物氢气的连续性方程。     

φ6mm Pt-PTFE疏水催化剂的研制

在研制粒径为6mm的多孔PTFE疏水担体基础上，采用浸渍法研制了可在工程上应用的Pt—PTFE疏水催化剂。室温下，在并流催化床上考察了该疏水催化剂的催化活性、疏水性能和催化剂上活性粒子的稳定性。结果表明：当氚浓度为153Bq／mL，氢气线速度为5．31cm／s和15．93cm／s时，水中氚的催化转化率分别为73．7％和69．6％。在用普通水浸泡并淋洗145d后，该疏水催化剂的催化活性和活性粒子(Pt)的含量无明显变化。     

氢-水液相交换疏水催化剂制备及活性影响因素研究进展

氢-水液相催化交换反应（LPCE）可用于含氚废水处理、含氚重水提氚、重水升级和重水生产等工艺,疏水催化剂是实现LPCE的关键。本文对疏水催化剂的制备方法及活性影响因素进行了综述,重点介绍了Pt/C/惰性载体类疏水催化剂的研究进展,包括惰性载体、活性金属载体的选择,碳负载Pt基催化剂制备方法,详细介绍了围绕疏水催化剂制备开展的基础研究工作,如LPCE微观反应机理,活性金属微观结构与催化活性的关系等。对疏水催化剂这一领域有待解决的问题及下一步的研究方向进行了探讨。     

可加工SiO2气凝胶及其惯性约束聚变靶微柱制备

以正硅酸乙酯（TEOS）为前驱体，采用酸碱两步催化法制备SiO₂醇凝胶。醇凝胶分别经TEOS母液、六甲基二硅胺烷（HMDSA）处理后，采用CO₂超临界干燥法制备出密度在30～100mg/cm³的SiO₂气凝胶。用傅立叶变换红外光谱（FTIR）对疏水性SiO₂气凝胶进行了表征，并用扫描电镜图研究了气凝胶改性前后的微观网络结构。改性后的气凝胶微观骨架变大，部分细小的网络结构消失。改性后的气凝胶在潮湿环境中具有极好的尺寸稳定性和疏水性能。用精密车床加工出了满足惯性约束聚变物理试验要求的ICF靶微柱。     

浸渍溶液对Pt/PTFE/泡沫SiC规整疏水催化剂性能的影响

Pt/PTFE/泡沫SiC规整疏水催化剂可用于氢-水液相催化交换反应(Liquid-phase catalytic exchange process,LPCE)进行水去氚化(Water detritiation system,WDS)。为研究浸渍溶液对该催化剂性能的影响,以丙酮、乙二醇、无水乙醇分别配制不同的氯铂酸-有机溶液,直接浸渍具有疏水性的PTFE/泡沫SiC,250°C气相还原,从而制备Pt/PTFE/泡沫SiC规整疏水催化剂。利用X射线衍射分析(X-ray diffraction,XRD)、X射线光电子能谱分析(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)、透射电子显微镜(Transmission electron microscope,TEM)等表征手段分析所得催化剂的结构与组成,并研究其氢-水液相催化交换性能。三种催化剂的平均粒径分别为9.3 nm、3.6 nm、6.8 nm,乙二醇对Pt粒子有保护作用,得到的平均粒径最小。Pt存在Pt(0)、Pt(II)和Pt(IV)三种价态,氯铂酸-乙醇和氯铂酸-乙二醇制备的催化剂中0价态均为主要价态,Pt(0)比例分别为47.60%和43.97%,氯铂酸-丙酮制备的催化剂中4价态为主要价态。根据LPCE性能测试结果,氯铂酸-乙二醇制备的催化剂柱效率最高,说明催化剂中Pt(0)价态比例接近时,Pt粒子粒径大小对氢-水液相催化交换反应的影响更明显。揭示乙二醇为优选溶剂。     

三种疏水催化剂耐氚辐照稳定性初步研究

为考察3种疏水催化剂Pt-SDB(SDB为苯乙烯-二乙烯苯共聚物)，Pt-PTFE（PTFE为聚四氟乙烯），Pt-C-PTFE 的耐氚辐照稳定性，将其置于1.26×10¹²Bq/L的氚水中静态辐照210 d后，对其催化交换性能及催化剂中残存氚进行分析。结果表明，3种催化剂在氚的β辐照下未发生裂解，催化剂中氚的残存量随催化剂比表面积的增加而增加，基本没有发生结构上的氚取代反应；但在氚水辐照后，3种疏水催化剂的交换性能出现了不同程度的变化，按单位质量Pt粒子计算，在测试不确定度范围内Pt-PTFE和Pt-C-PTFE的转化率没有发生明显变化，Pt-SDB(1)的转化率下降了11.2％，Pt-SDB(2)的转化率下降了16.9％。     

基于Pt/C/FN疏水催化剂的常温氢氧复合反应

用高压微波加热法制备了w(Pt)=10%的Pt/C催化剂,得到Pt的粒径d=(2.1±0.7) nm,再将Pt/C催化剂与聚四氟乙烯(PTFE)一起负载于泡沫镍(FN),制备疏水催化剂Pt/C/FN.用Pt/C/FN催化常温氢氧复合反应,研究了温度和H2流速对H2转化率的影响.与商用亲水催化剂Pt/Al2O3相比,Pt/C/FN催化剂活性明显更高.潮湿及干燥条件下测试了Pt/C/FN疏水催化剂的活性,潮湿条件下其活性仅有少量下降.富氧条件下考察了CO对Pt/C/FN疏水催化剂活性的影响,CO对H2转化率的影响较小.     

Rh/γ-Al2O3催化剂上甲烷-氘化氢间的氢氘交换性能

采用Rh/γ-Al₂O₃催化剂，在固定床微型反应器上实验考察进料组成、反应温度和反应物总流量对甲烷氢氘交换的催化性能的影响。结果表明：在进料组成不变的条件下，当温度低于642K时，甲烷的转化率随温度的升高而快速增加，当温度高于642K时，甲烷的转化率不随温度的升高而变化；在反应温度为524～792K、进料组成不变的条件下，当温度低于642K时，甲烷的转化率随反应物流量的增加而明显减小，当温度高于642K时，甲烷的转化率基本不随温度的升高而变化；在反应温度为524～792K、反应物总流量不变的条件下，当HD/CH₄流量比在1.1～2.5间变化时，甲烷的转化率随HD/CH₄流量比的增加而减小。     

反应条件下在线表征装置的研制

多相催化在能源工业中占据重要地位,同时对催化机理的深度认识提出了更高的要求。多数情况下,能够在反应条件下快速得到催化剂的评价和反应动力学相关信息对相关研究是极为理想的。本文介绍了最新研制的一种面向催化剂真实反应条件下具有高度操作灵活性的在线表征微反应装置,能提供液氮温区到500oC的准确控温,实现在真实催化反应条件(常压或高压)质谱在线表征。利用新装置在低温下灵活升温控制的功能,对CO预先还原的Au/TiO_2催化剂在-150oC初始条件下完成了程序升温脱附试验。以此为例,新装置在低温区的动态温控功能结合高压条件可以对相关反应提供重要测试表征,是催化常压和高压表征的有力工具。     

99Tcm标记趋化肽类似物的制备

利用固相法合成趋化肽类似物fMLFK,并采用双功能螯合剂(HYNIC)技术合成了^99Tc^m标记的趋化肽类似物^99Tc^m-HYNIC-fMLFK,测定了标记物的标记率和放化纯度,考察了配合物的稳定性。结果表明,合成fMLFK的产率大于80％,纯度大于97％;质谱法测得的相对分子质量与理论值相符;^99Tc^m标记后,配合物的放化纯度大于95％,在24h内放化纯度无明显降低。     

Gaseous Exchange Reaction of Deuterium between Hydrogen and Water on Hydrophobic Catalyst Supporting Platinum

The deuterium exchange reaction between hydrogen and water in the gas phase where the fed hydrogen gas is saturated with water vapor is studied experimentally by use of the proper hydrophobic catalysts supporting platinum. It is found that the activities of those catalysts for this reaction system are very high compared with the other known ones for the systems in which gas and liquid should coexist on catalyst surfaces, and that the apparent catalytic activity becomes larger as the amount of platimun supported on a catalyst particle increases. By analyses of the data the following informations are obtained. The exchange reaction can be expressed by a first order reversible reaction kinetics. The pore diffusion in the catalyst particles has significant effect on the overall reaction mechanisms.     

用于氢-水同位素交换的Pt-PTFE类憎水催化剂的研制

研制了以铂为活性成分，聚四氟乙烯（PTFE）为憎水材料，活性炭、二氧化硅等作载体的憎水催化剂。在滴流床上，进行了氢-水气液逆流氢同位素交换反应，讨论了载体、铂含量及PTEF量对催化剂活性的影响。结果表明，以活性炭为载体，聚四氟乙烯与Pt-C粉的质量比在1-2时，Pt-C-PTFE催化剂的活性高；交换反应的总体积传质系数随反应温度和氢气流量的增加而增大。     

空气除氚系统中氚氧化催化剂的研究进展

在大型氚设施中空气除氚系统必不可少,通过气-水转换除去气态氚是目前应用最广泛也是最有效的工艺,过程中氧化催化剂至关重要。总结了气态氚的催化氧化研究进展、催化剂的催化性能及影响催化性能的主要因素。贵金属Pt和Pd在室温下对氚的转化效率接近100%,因而被广泛用于氚的催化氧化。通过负载分散载体、添加催化助剂、使用规整结构催化剂、设计新型的催化反应器能够进一步提高催化剂性能。以蜂窝状催化剂为研究热点的规整结构催化剂以其高比表面积和低压力降而显示出良好的催化性能,将它用于氚的催化氧化,是该领域的一个研究方向。氢、氘、氚在氧化过程中的同位素效应会影响除氚效率,需进行深入研究。     

Room-Temperature Reactor Packed with Hydrophobic Catalysts for the Oxidation of Hydrogen Isotopes Released in a Nuclear Facility

A room-temperature reactor packed with hydrophobic catalysts for the oxidation of hydrogen isotopes released in a nuclear facility will contribute to nuclear safety. The inorganic-based hydrophobic Pt catalyst named H1P has been developed especially for efficient oxidation over a wide concentration range of hydrogen isotopes at room temperature, even in the presence of saturated water vapor. The overall reaction rate constant for hydrogen oxidation with the H1P catalyst in a flow-through system using a tritium tracer was determined as a function of space velocity, hydrogen concentration in carriers, temperature of the catalyst, and water vapor concentration in carriers. The overall reaction rate constant for the H1P catalyst in the range near room temperature was considerably larger than that for the traditionally applied Pt/Al₂O₃ catalyst. Moreover, the decrease in reaction rate for H1P in the presence of saturated water vapor was slight compared with the reaction rate in the absence of water vapor due to the excellent hydrophobic performance of H1P. Oxidation reaction on the catalyst surface is the rate-controlling step in the range near room temperature and the rate-controlling step is shifted to diffusion in a catalyst substratum above 313K due to its fine porosity. The overall reaction rate constant in the range near room temperature was dependent on the space velocity and hydrogen concentration in carriers. The overall reaction rate constants in the range of 1;000=T greater than 3.2 correlated to k _overall[s^?1] = 5.59 × 10⁷ × SV[h^?1] × exp (?67.7 [kJ/mol]/R_gT), where the space velocity range was from 600 to 7,200 h^?1.     

浸渍溶剂对Pt/疏水陶瓷催化剂性能的影响

研究采用疏水陶瓷载体,分别使用水/乙醇(体积比2:1)溶液、乙醇及丙酮作为浸渍溶剂,采用浸渍-气相还原法制备用于氢水催化交换的铂/疏水陶瓷催化剂。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、H_2程序升温还原法(H_2-TPR)、光电子能谱(XPS)及CO脉冲吸附对催化剂进行综合表征,采用气液并流方式测试催化剂催化活性,研究浸渍溶剂的选择对催化剂性能的影响。水/乙醇溶剂表面张力最高,浸润疏水载体能力小于乙醇及丙酮,使得氯铂酸在载体表面分布均匀度低,造成催化剂铂粒子分散度低,高价铂还原困难,催化活性远低于使用丙酮及乙醇作为溶剂制得的催化剂。丙酮的挥发速率最快,可减少氯铂酸在载体表面团聚,制得催化剂铂粒子分散度最高,高价铂更易被还原,催化活性优于使用乙醇作为溶剂制得的催化剂。     

用于氢同位素交换分离的新型Pt/疏水陶瓷催化剂

为提升疏水催化剂性能并扩展其应用范围,以柱状（ø=5 mm）多孔陶瓷为载体,在载体表层构筑氧化铈（CeO₂）微纳结构为载体提供疏水环境,采用浸渍还原法制备用于氢同位素交换分离的新型Pt/疏水陶瓷催化剂。为验证新型疏水催化剂实用性,以X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、X光电子能谱（XPS）、一氧化碳（CO）脉冲吸附、能谱（EDX）对催化剂性能进行综合表征,并采用气汽并流方式测试催化剂催化活性。结果表明,新型陶瓷载体疏水性优良,疏水结构对载体孔结构性能影响较小;疏水层使浸渍液对载体浸润能力下降,铂粒子分散度及零价铂含量降低;浸润能力下降使前驱体多沉积在载体表层而较难渗入载体内部,表层铂粒子含量高,使反应物的反应通道较短,相同时间内有更多的铂粒子参与反应。制得催化剂催化活性可达同种形状有机载体类催化剂催化活性的80%,冲淋12周后,催化活性下降比率小于5%,新型疏水催化剂催化活性及耐冲淋稳定性均较好,实用性佳,具有良好的应用前景。