吸附温度低于273 K的Pd/k柱TCAP全回流实验研究

为满足实验室规模的氢同位素分离需求,对少量氚（小于3.7×10¹³ Bq）的高效氢同位素分离方法进行了研究。采用TCAP全回流工艺,将钯/硅藻土（Pd/k）填充色谱柱（长2 m,外径6 mm）吸附H-D混合气体（D丰度为50%）的温度控制在273 K以下,经多次加热 冷却循环后,从分离柱前、后两端加热各提取15%样品气,利用低温色谱法对样品气进行氢同位素丰度分析,对色谱柱的分离性能进行评价。研究结果发现,原料气进入填充柱后（全回流之前）尾端提取气的氘丰度约为98.5%,经5个全回流循环（循环总时间为1.25 h）后,尾端提取气的氘丰度达99.9%。经15个全回流循环后,前端提取气的氘丰度由50%（原料气氘丰度）降至13.6%。通过实验数据对柱中氘分布进行了理论模拟,发现进样速率过快可能是导致前端提取气氘丰度过高的主要原因,柱中氘丰度最低点可能出现在色谱柱的中部。     

钯钇合金膜分离器的氕氘分离系数测定

文章设计钯钇合金膜氢同位素分离器，并系统研究分离系数与温度、分流比、气体流速等因素间的关系。研究结果表明：分离系数随温度的增加而下降，在573～723K范围内，对于66.2%H2-33.8%D₂气体，当进料流速为5L/min、分流比为0.1时，分离系数由2.09下降至1.85；而当分流比为0.2时，分离系数由1.74下降至1.52。随着分流比的增大，分离系数逐渐降低。在573K下，进料流量为5L/min时，对于15.0%H2-85.0%D₂，当分流比由0.050增大至0.534时，分离系数由2.43降低至1.35；对于66.2%H2-33.8%D₂，当分流比由0.050上升至0.688时，分离系数由2.87下降至1.30。对于一定的分离过程，原料气体流速存在最佳值，达到该值时，分离系数最大。     

低温精馏氢同位素分离全回流模式研究

为探求全回流模式下低温精馏氢同位素分离过程中有关操作参数的内在联系,研究了再沸器加热功率对脱氘率、床层压降、液氢液位等的影响。当再沸器加热功率从5W增加到12.4W时,脱氘率从88%增加到99.6%,脱氘率与再沸器加热功率基本呈线性关系。随再沸器加热功率的增加,液氢液位下降,床层压降增加,但在该功率范围内未出现液泛现象。随加热功率增加,精馏柱操作压力从100kPa升高到190kPa,冷凝器和冷头为提供更多冷量而温度降低。     

水中氕、氘、氚同位素的分离技术研究现状

氢的同位素氕(H)、氘(D)和氚(T)在医疗、核能、国防等领域都有着广泛的应用,特别是在碳达峰、碳中和的“双碳”背景下,采用氘氚核聚变能被认为是我国的重要能源战略。故实现氢同位素的有效分离具有极其重要意义,然而自然界中氘和氚的相对丰度却极低,国内外学者相继开展了广泛的科学研究。本文首先对水中氢同位素分离的技术原理进行了概述;然后,从工程化应用角度,重点综述了电解法、精馏法和化学交换法;从实验室研发角度,重点综述了膜分离法和多孔材料吸附法。最后,对几种典型技术的分离因子和能耗进行了对比分析,并展望了未来水中氢同位素分离技术的发展趋势,以期为水中氢同位素的高效分离提供指导。     

金属氢化物柱内氕氘间的排代

在ZrCo,LaNi5,LaNi4 .7Al0 .3和Pd等常用金属的氢化物上 ,进行了气 固间氕氘的一维相互排代实验 ,结果表明 :排代效果与温度、气相流速、固相比表面积及分离因子等因素有关 ;室温下Pd氢化物具有最好的排代性能 ,其次是LaNi5,LaNi4 .7Al0 .3,ZrCo。理论研究表明 ,气 固界面的同位素交换规律决定排代效果 ,排代流出曲线可以用塔板理论模型来描述 ,塔板高度是排代效果优劣的标志。决定塔板高度的首要因素是交换平衡程度 ;同等交换平衡程度下 ,氢同位素效应对板高有重要影响。     

两种TCAP分离材料分离H-D的比较

对TCAP的两种常用分离材料Pd/K和Pd/Al2O3进行研究对比。分别对Pd/K和Pd/Al2O3的钯含量、表面形貌、晶体结构、饱和吸氢量进行了测试比较,并采用901.7g w(Pd)=(40.8±0.1)%的Pd/K和1 558gw(Pd)=(45.3±0.1)%的Pd/Al2O3分别填装TCAP分离柱,对Pd/K和Pd/Al2O3在分离H-D方面进行了研究对比。结果表明,在分离H-D方面,Pd/Al2O3明显优于Pd/K。     

气相色谱法浓缩氘的研究

采用气相色谱技术建立了一套含氚重水氘浓缩的演示实验装置,用氘-氢（D-H）体系进行实验,结果表明,装置实现了长期、连续、安全的运行。D浓度为O．1％的样品经装置浓缩后得到D浓度为30％的产品,贫化部分D浓度小于10^-5;D浓度为10％的样品经装置浓缩后得到D浓度大于90％的产品。装置对D-H体系的处理容量达到40m%3/d。     

金属氢化物法分离氢同位素研究进展

简要介绍了近50多年来金属氢化物法氢同位素分离研发进展和现状。基于金属氢化物法在化学吸附平衡上的差异,各国发展了多种增强该吸附差异的氢同位素分离方法,并对相关吸附材料进行了研究。本文主要介绍了金属氢化物分离氢同位素方法的产生、发展简史,以及各国相关研究的特点和最新进展,并对今后的氢同位素分离研究发展提出初步的想法。     

钛吸氕氘混合气的同位素效应

本工作研究不同温度下钛吸收氕氘混合气体的特性，并计算其分离因子α。结果表明，在100～300℃温度范围内，ln α与温度T的倒数间存在线性关系ln α＝-0.13+107/T。在200 ℃下，当混合气中的氘浓度在10.0％～87.2％范围内变化时，钛吸收氕氘混合气的分离因子恒定不变。钛对氕氘混合气的吸收存在明显的同位素效应，钛更易于吸收氕气。     

用于氢同位素分离的置换色谱分离材料的研究进展

置换色谱法是一种较有优势的氢同位素分离方法,而分离材料的性能是决定置换色谱法分离效果的一个关键因素。目前研究的置换色谱分离材料包括钯材料和很多非钯材料。钯虽然价格昂贵,但由于其出色的分离性能而难以用廉价金属或合金来替代。本文简要介绍了置换色谱法分离氢同位素的原理,重点介绍了几种置换色谱含钯分离材料(纯钯、载钯硅藻土、载钯氧化铝、钯铂合金等)的性能,初步分析了置换色谱分离材料的发展方向。     

低温循环色谱法分离H_2/HD

低温循环色谱法(CCC)是一种有效的氢同位素分离方式。在升级改造后的低温色谱分离装置上开展了H2/HD体系的分离研究。结果表明:原始氘丰度为1.4×10-4的高纯氢经过CCC 4个流程后,氘丰度达到1.173×10-3;为获得最佳色谱柱柱效,CCC的进样量控制在组分峰的容量因子下降10%时较为合适;CCC的双柱间可互相充当解吸柱与接收柱的角色,在柱结构与程序升温条件相同的前提下,双柱间分离效果的差异可能是进样点的选择和进样压力的不同造成的,与进样时间无关。     

基于光化学锂同位素分离条件的同位素比率测量

从光化学锂同位素分离实验研究的需求出发,基于其分离条件,提出了一种测量锂同位素比率的方法。该方法利用锂原子蒸气对探测光吸收峰的峰值来计算锂的同位素比率,避开了测量原子密度时所需的吸收信号频率定标与光强随频率变化积分中积分限的选择问题。该方法还根据锂同位素吸收谱的特殊性采用具有较强吸收效应的⁶Li的D₂线对应的吸收峰峰值,可在原子蒸气中⁶Li含量较低时提高对比率的测量精度。设计并搭建了实验装置,对该方法进行了测试。同一条件下所测得的同位素比率相对标准偏差小于1%,表明该方法对光化学分离方法中锂同位素比率相对变化是敏感的。这意味着该方法可作为以原子蒸气为分离介质的激光锂同位素分离研究的诊断手段。     

钯在氢同位素分离和纯化工艺中的应用

在迄今所知的金属-氢体系中，钯氢体系的同位素效应最强，因此，钯被广泛用于氢同位素处理工艺中。文章简述了钯氢体系的同位素效应，综述了钯及其合金在氢同位素分离和纯化工艺中的主要应用及其发展。     

双柱周期逆流法分离氢同位素

将具有正、反氢同位素效应的2种贮氢材料Pd和LaNi_4.7Al_0.3结合,组成双分离柱,测试了原料气氘原子摩尔分数为0.5和0.1的2种混合气体的流出曲线,并进行了周期逆流方式的分离实验。实验结果表明,该分离方法具有较高的分离效率,产品气的氘原子摩尔分数一般大于0.995。改进方式后分离氘原子摩尔分数为0.1的原料气,产品气的最大氘原子摩尔分数为0.998,最大氘富集比为9.98,氘的回收率为92.5%,尾气中氢原子摩尔分数大于0.996,全分离因子大于120 000。     

电解-精馏级联分离H2／HD过程的理论分析

为研究电解精馏级联氢同位素分离过程的规律性,建立了电解-精馏级联的微分模型,计算了H2／HD系统的分离行为,并获得了电解和精馏过程中系统的浓集行为,即,电解池中HDO摩尔分数从2．88×10^-4增长到8．35×10^-4精馏柱再沸器中HD摩尔分数达到0．033。随时间的延长,脱氘率下降,在精馏柱上HD的摩尔分数整体抬升。进一步研究了回流比对脱氘率的影响,结果显示,回流比为3～7时,平均脱氘率可达0．9828～0．9973。实验结果表明,电解-精馏级联分离氢同位素有明显的浓集效应。     

低温制备气相色谱法分离氢同位素

介绍了采用低温制备气相色谱法以Al2O3装填分离柱进行氢同位素分离的装置。研究了氢同位素分离色谱柱(Al2O3分离柱)的制备和操作步骤，并对其分离效果进行了讨论。实验结果表明：经分离、净化后，氘纯度可达99．9％以上。该装置具有结构简单、操作费用低、一次性投资少等优点，在那些对氢同位素纯度要求高，用量小的部门或实验室有良好的应用前景。该装置不仅可用于氢氘分离，还可用于氘氚分离。