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。     

超大容量氢同位素色谱分离系统的概念设计

在多年从事色谱分离氢同位素技术研究的基础上,设计了一套超大容量氢同位素分离系统,包括系统的总体设计,以配气及纯化、三级色谱柱、气体流路及自动控制和载气回收为主的单元设计,以及调试实验方案设计。该系统的特点是可以根据氢同位素分离解吸谱图的信息比较直接地计算出解吸过程的动力学参数,即在实验数据的支持和适当的假设条件（平衡再吸附、均匀表面）下,依靠解吸速率方程、形状参数和解吸活化能的计算便可比较系统地描述其复杂的动力学过程。在以前的工作中,虽然已经证实了采用5A分子筛柱在77 K的低温下,可以连续富集氢 氘混合气中的氘、天然氢中的氘,甚至含氚重水中的氚的可行性,但本工作仅是初步的概念设计,其可行性还须通过实验结果来验证。     

氢同位素色谱分离柱程序升温解吸的理论研究

在物理吸附动力学和多年色谱分离氢同位素实验的基础上,针对氢同位素与5A分子筛表面的程序升温解吸过程开展了理论研究,推导了一级无再吸附、一级再吸附、二级无再吸附和二级再吸附四种条件下的解吸速率方程,并通过计算形状参数和解吸活化能对解吸过程的动力学特征加以鉴别。     

气相色谱法在氢同位素分离中的应用

简要介绍了气相色谱法分离氢同位素的原理,重点阐述了利用气相色谱法分离氢同位素的几种主要工艺(洗提色谱法、氢置换色谱法、自置换色谱法和前沿置换色谱法)及其应用进展,并对气相色谱法在氢同位素分离中的应用前景进行了评述。     

低温精馏氢同位素分离技术及其应用

低温精馏是大规模分离氢同位素的有效手段,本文对该工艺涉及的气体纯化、制冷与真空、测量与控制、安全防护等关键技术进行简要介绍。对该工艺在重水生产、重水升级和除氚、聚变堆氘氚燃料循环、武器用氚等领域的国外应用做了回顾。分析了国内对该技术的需求,提出今后开展的研究方向。     

TCAP氢同位素分离装置的小型化及分离性能

根据TCAP氢同位素分离原理及系统小型化要求,设计了一套小型氢同位素分离装置。采用分离柱外室中螺旋型电阻加热器对Pd/K分离柱进行加热,利用低温恒温槽中的低温无水乙醇在外室中循环冷却分离柱。采用西门子PLC模块,根据程序设定对TCAP分离过程进行自动控制。在参数优化的条件下,研究了全回流及生产模式下的分离效率。研究发现,设计的小型氢同位素分离系统实现了稳定的分离柱加热-冷却循环,循环时间为0.25 h。在生产模式下,由氘纯度为80%的原料气可分离出氘纯度99.5%产品气,生产效率可达8.7 mL/h。低氘含量H-D混合气（D%=20%）同样能实现明显的氘浓缩效果（产品气D含量达99.0%）。     

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。     

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。     

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。     

钯合金膜分离器级联氢同位素分离研究

提出了一种基于钯合金膜分离器串联(PMSCS)的氢同位素分离系统的初步设计,建立了评估该分离方法分离效果的数学模型,根据此模型和前期关于分离器分离系数的测定结果,估算了多级氢同位素分离系统分离级数与分离产品气、尾气中氘和氕之间的关系.结果表明,分离系统所串联的分离级数量越大分离效果越好.对于一个5级串联分离系统(单级分离器分离系数q=1.8),当以50%H-50%D混合气体为原料气时,若产品气的提取比例为40%,产品气中的D含量将达到约92%,产品气得到了充分富集;若尾气的提取比例为40%,尾气中的氢含量将达到约99.95%,尾气中的氘得到了充分的贫化.与低温蒸馏、热循环吸附分离和钯合金膜分离器级联分离比较,钯合金膜分离器串联系统具有结构简单、氚的贮留量小等优点,适用于氢同位素混合气体的分批次操作分离.     

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。     

同位素分离领域气体小流量控制方法

在气体同位素分离领域,需要对系统内的气体流量进行精确控制,某些关键位置需要达到0.1 mg/s的精度,才能符合设计要求。为了实现精确控制气体流量的目的,气体流体力学中的“声速孔板”原理在气体同位素分离领域得到了广泛应用。本文在声速孔板物理原理的基础上,介绍几种常用的孔板校准方法,并整理出基本的应用方向,为广大科研人员在实验研究、工程设计等有气体流量控制需求时提供参考。     

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。     

氢气放电源打靶谱的分析

在以氢气放电源打钆靶为例,分析氢气放电源打靶谱时,发现有以下几类谱线:源谱、靶材料的特征X射线、衍射谱线和一些未知谱线。根据打靶的初级谱可以分辨出源谱;根据靶材料的成分可将特征线区分出来;用改变靶面和入射角、固定测量角的方法及打多晶体靶和非晶体靶的方法可以分辨出X射线衍射谱线;剩下的无法辨识的那些谱线是一种未知谱线,对它的认识还在深入中。     

双组分体系低温蒸馏氢同位素分离理论计算

建立了单根柱的低温蒸馏计算模型,对H2/HD,H2/HT和D2/DT三个双组分体系进行了计算。给出了温度和各组分浓度在柱上的空间分布,结果较好地再现了易挥发组分在柱高端浓集,而难挥发组分在柱底端浓集的分离特征。三个体系以H2/HT最易分离,H2/HD次之,D2/DT最差。对于文中研究的体系,当理论板数为80时,D2/DT不能达到脱氚率99%的分离要求。     

氘气中氢同位素的低温气相色谱法测定

针对高纯氘气中H₂、HD与D₂等氢同位素气体间不易分离分析的特点,以5A分子筛微填充石英毛细管色谱柱,在－95℃下对氢同位素进行分离,以气相色谱-脉冲放电氦离子化检测器对氢同位素进行分析。研究建立的H₂、HD与D₂等同位素气体测定方法精密度小于15%,最小检出摩尔分数为1×10^－6。     

Hydrogen Isotope Separation by Self-displacement Chromatography Using Palladium Particles

Formation constants of a trivalent f-element, europium, with a series of carboxylates containing neutral donors such as amine and alcohol oxygen were determined by solvent extraction method in 0.1 M NaClO₄ at 25°C. Thirteen carboxylates were adopted for a systematic study of the effect of the functional groups on the complex stabilization. In order to analyze the trend of formation constants, a simple model was developed in which these ligand molecules were considered as composed of a certain number of fragment components of functional groups and chemical bridges each of which differently contributes to the formation constant. All parameter values for electrostatic and steric effects of the fragments were successfully determined by using the formation constants obtained experimentally. The present model is useful for predicting the formation constants of similar multidentate ligands by combining the fragment components and parameter values.