氫同位素吸附研究.pdf

1、氫同位素在化工、能源、材料、醫(yī)療、檢測等領(lǐng)域中已得到廣泛應(yīng)用。然而在氫的天然同位素中，重氫含量只有0.015％，如何提取氫氣中的氘氣至關(guān)重要。氘是熱核反應(yīng)的主要原料之一，在以氘氚做燃料的聚變反應(yīng)堆中，參加反應(yīng)的氘氚還不到10％，從聚變堆的自持、經(jīng)濟和環(huán)境安全考慮，等離子室排出的氘氚需要回收分離并重新進入循環(huán)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的氫同位素分離方法如低溫精餾、化學(xué)交換、熱擴散等具有能耗高以及附屬處理設(shè)備多的缺點。因此，氫同位素分離受到廣泛關(guān)注，而且如

2、何尋找一種低成本分離方法對氘氚的工業(yè)應(yīng)用非常關(guān)鍵。通常利用不同組份吸附差異進行分離的成本是較低的，而且吸附法具有方法簡便、可靠性高、操作靈活等優(yōu)點。此外，吸附劑可反復(fù)使用，可避免其它分離方法因產(chǎn)生大量氚放射性廢物而導(dǎo)致環(huán)境污染問題。然而由于氕、氘與氚的性質(zhì)極其相近，且具有相同的形狀和尺寸，在常規(guī)吸附劑上平衡吸附量差異也較小，所以如何強化氫同位素之間的平衡吸附差異或動力學(xué)吸附差異是吸附分離研究的核心。為此，本課題設(shè)計了以低溫吸附法來系統(tǒng)研

3、究氫同位素氣體在不同吸附劑上的吸附行為，主要內(nèi)容包括： (1)運用常規(guī)氣相色譜建立相應(yīng)的氫同位素氣體快速檢測方法，為吸附床層內(nèi)穿透曲線的監(jiān)測做好準備。 (2)測量氫同位素氣體在不同分子篩吸附劑上的平衡吸附量與動態(tài)吸附速率，并建立相應(yīng)動力學(xué)吸附模型來計算吸附速率常數(shù)七。結(jié)果表明：氫同位素氣體在分子篩孔徑約為0.7 nm時吸附容量最大，但是最大動力學(xué)吸附差異的吸附劑孔徑卻在0.5 nm，而且最大平衡吸附量差異出現(xiàn)在介孔吸附劑

4、上。 (3)設(shè)計氫同位素氣體單塔吸附分離的實驗裝置。測定了不同吸附劑在不同壓力、氣體流量與吸附床長度條件下的穿透曲線并計算了分離因子，討論了相同實驗條件下氫氘混和氣在不同吸附劑上的分離效率以及孔徑與比表面積對吸附分離效率的影響。 (4)為更好解釋和預(yù)測氫同位素氣體在單塔吸附床層內(nèi)的動力學(xué)吸附過程，構(gòu)建了一個氫同位素在吸附床層內(nèi)的動態(tài)吸附數(shù)學(xué)模型，該模型可較好地模擬氫同位素氣體在分子篩VP800-5與Y上的吸附行為，并可對