氢同位素的交换与置换

固体表面吸附的氢同位素具有自发与气相氢同位素交换并达到某种程度平衡的性质,这种交换作用在金属氢化物表面同样存在.由于金属氢化物体系一般具有氢同位素效应,使得交换平衡时气-固相间的同位素丰度发生变化.利用这种性质可以进行金属氢化物柱内氢同位素间的置换,实现工程方面的应用.     

氢同位素的交换与置换

固体表面吸附的氢同位素具有自发与气相氢同位素交换并达到某种程度平衡的性质，这种交换作用在金属氢化物表面同样存在。由于金属氢化物体系一般具有氢同位素效应，使得交换平衡时气-固相间的同位素丰度发生变化。利用这种性质可以进行金属氢化物柱内氢同位素间的置换，实现工程方面的应用。     

氢/氘气在改性分子筛上的吸附性能研究

在液氮温度下采用容积法研究了5A、ZSM-5及其改性沸石分子筛对氢同位素的吸附分离性能,探讨了过渡金属盐负载和球磨等改性方法对氢同位素气体吸附的影响。结果发现,改性后分子筛上气体的吸附量普遍降低,但某些改性有利于H₂和D₂的分离。     

使用金属氢化物的氢同位素气相色谱分离

【美国能源部报告 UCTD-20111号报道】美国劳伦斯利弗莫尔国家研究所的 F·T·奥尔德里奇,对可能用于氢同位素色谱分离的多种金属氢化物的性质进行了研究。作者发现,对于性能较好的 LaNi_(5-x)Co_x 型合     

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。     

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。     

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。     

氢-水同位素交换及其应用研究进展

简要介绍了氢气与水之间的氢同位素交换(氢—水同位素交换)的原理和相关理论研究,重点阐述了几种主要氢—水同位素交换工艺的研究和应用进展,并对氢—水同位素交换工艺在氢同位素分离中的应用前景进行了评述。     

低温吸附法分离氦气流中氢同位素的实验研究

采用穿透曲线法研究了液氮温度下活性炭、碳分子筛和碳纳米纤维对氢同位素的吸附等温线和同位素效应。结果表明：活性炭和碳分子筛都是良好的吸附剂，碳纳米纤维对氢同位素的吸附量太低而不具备工程应用的可能性。实验还对吸附剂进行了改性处理，考察了改性吸附剂对氢同位素的吸附性能。     

碳基吸附剂对氢同位素的吸附行为研究(Ⅰ)

采用静态压差法研究了液氮温度下碳基吸附剂活性炭（AC）、碳分子筛（601）和碳纳米纤维（CNF）对氢同位素的吸附行为。实验结果表明：601对氢同位素的吸附量为最高，AC次之，CNF最小，并存在明显的同位素效应；吸附量的大小与吸附剂表面活性基团的数量有关；用浓HNO3对碳基吸附剂进行改性处理，在吸附剂表面引入氧杂原子，可增大这类吸附剂对氢同位素的吸附量。     

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.     

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。     

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。     

Observation of H/D isotope effects on polymer electrolyte membrane fuel cell operations

The hydrogen isotope effects upon operation of a polymer electrolyte membrane fuel cell have been observed. The deuterium concentration in the exhaust hydrogen gas from the cell was found lower than that of the hydrogen gas fed to the cell, which indicated that the heavier isotope of hydrogen was preferentially oxidized at the anode. The overall hydrogen isotopic separation factor between the oxidized and non-oxidized hydrogen ranged from 3.46 to 3.99 and increased with decreasing flow rate of the feed gas or increasing rate of hydrogen utilization.     

光化学法锂同位素分离中化学反应速率常数测量

氢气与锂蒸气的化学反应速率常数是激光化学法锂同位素分离过程的一个重要参数。本文以可调谐半导体激光器为工具,通过监测锂原子蒸气对光的吸收测量原子蒸气密度的相对变化,建立了一种测量该速率常数的方法。在光化学锂同位素分离的典型条件下测得化学反应速率常数为9.0×10^-22 m³/s。该数值对于未来锂同位素分离装置中激光照射时间和氢气密度等参数的选择具有重要指导意义。     

Characteristic of Two-phase Slanting Flow in Rod Bundle

Palladium membrane has been studied for sepration and purification of hydrogen isotopes because of its large permeability. In order to consider permeation of mixture of hydrogen isotopes, solubilities of protium and deuterium in palladium were studied in the temperature range of room temperature to 500°C using breakthrough method. It was observed that solubilities were represented by Sieverts' law and that the separation factor of protium-deuterium binary system was different from the isotope effect ratio. The ideal adsorbed solution theory by Myers and Prausnitz can be applied to estimate the separation factor of protium-deuterium binary system in palladium using the isotope effect ratio observed when protium and deuterium are handled independently. The permeation behavior of multi component hydrogen isotopes through palladium membrane is discussed applying observation on solubilities of this work.     

Cesium (Cs) particle formation based on a laser photochemical reaction with a self-injection-seeded Ti:sapphire laser for Cs isotope separation

We studied laser isotope separation of cesium (Cs) on the basis of a laser photochemical reaction and two-photon excitation scheme using a narrow line width Ti:sapphire laser to reduce long-term radioactive toxicity of a long-lived fission product. Using resonant laser irradiation to Cs atoms in hydrogen gas, we observed cesium hydride fine particles and confirmed the formation by calculations using rate equations. Our results show that the process seems promising for efficient Cs isotope separation.     

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。