[發明專利]一種以H2和18O2為原料制備重氧水的裝置和方法

有效

• 申請號: 201510031519.0
• 申請日: 2015-01-22
• 公開（公告）號: CN104671207A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 郭洪臣;易顏輝;祝全仁;王麗;高超
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C01B5/00
• 分類號: C01B5/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心21200
• 代理人: 李寶元;梅洪玉

1.一種以H₂和¹⁸O₂為原料制備重氧水的裝置，包括等離子體反應器、氣體流量控制、等離子體電源、冷卻水循環裝置和檢測尾氣組成的氣相色譜儀；其特征在于，等離子體反應器由三部分組成，分別是放電反應管、冷凝管及重氧水收集罐；

放電反應管為管式套筒結構，主體是由外徑8-15mm的石英玻璃管加工而成，中心電極采用外徑為2-4mm的金屬棒，接地電極采用與石英玻璃管緊貼的金屬套管；冷凝管是由硬質玻璃加工而成，內管采用螺旋形結構以增大反應氣體與冷卻循環水接觸面積，螺旋管外部由玻璃套管包圍，并充滿冷卻循環水，冷凝管下部有冷卻循環水入口，上部有冷卻循環水出口；重氧水收集罐也是由硬質玻璃加工而成，在收集罐下端有取樣口，并由取樣閥門控制，在收集罐上端有尾氣出口；

氣體流量控制采用質量流量計分別控制H₂和¹⁸O₂的流量，再經混合器混合均勻進入等離子體反應器；

等離子體電源采用交流高壓電源，高壓線與反應器中心的金屬高壓電極相連，接地線與反應器外部的金屬接地極相連，通過調節電壓來控制反應器中的放電功率；

冷卻水循環裝置采用低溫冷卻循環泵控制冷卻水的溫度和流量；

檢測尾氣組成的氣相色譜儀采用5A分子篩柱，以檢測¹⁸O₂是否反應完全。

2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的金屬棒為不銹鋼、鎢或銅。

3.根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述的金屬套管為不銹鋼管、鎢管、銅管，內徑比石英玻璃管的外徑大0.2mm，厚度為1mm，長度為100mm。

4.采用權利要求1或2所述的裝置，制備重氧水的方法，其特征在于如下步驟，

(1)調節低溫冷卻循環泵的循環水溫度為0-2℃，循環水流量為1-5L/min。；

(2)用氮氣將反應系統內的空氣置換干凈；然后用氫氣將反應系統內的氮氣置換干凈；再用質量流量計控制氫氣流量，以純H₂流過反應管；

(3)接通交流高壓電源，逐步將交流高壓加載到反應器上，直到出現穩定的放電現象；

(4)調節放電功率為60到100瓦，放電頻率范圍為9到14千赫茲；

(5)逐漸增加¹⁸O₂的量，使混合氣中¹⁸O₂濃度為2-5mol％；

(6)反應生成的重氧水經冷凝管冷凝成液體滴入收集罐中，反應尾氣通入氣相色譜以檢測¹⁸O₂的轉化率；

(7)收集罐中的重氧水用取樣閥門隨時取樣。

5.采用權利要求3所述的裝置，制備重氧水的方法，其特征在于如下步驟，

(1)調節低溫冷卻循環泵的循環水溫度為0-2℃，循環水流量為1-5L/min。；

(2)用氮氣將反應系統內的空氣置換干凈；然后用氫氣將反應系統內的氮氣置換干凈；再用質量流量計控制氫氣流量，以純H₂流過反應管；

(3)接通交流高壓電源，逐步將交流高壓加載到反應器上，直到出現穩定的放電現象；

(4)調節放電功率為60到100瓦，放電頻率范圍為9到14千赫茲；

(5)逐漸增加¹⁸O₂的量，使混合氣中¹⁸O₂濃度為2-5mol％；

(6)反應生成的重氧水經冷凝管冷凝成液體滴入收集罐中，反應尾氣通入氣相色譜以檢測¹⁸O₂的轉化率；

(7)收集罐中的重氧水用取樣閥門隨時取樣。

6.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，放電頻率范圍為11到12kHz。

7.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，混合氣中¹⁸O₂濃度為4mol％。

8.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，放電頻率范圍為11到12kHz。

9.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，混合氣中¹⁸O₂濃度為4mol％。