[發(fā)明專利]一種新型雙功能催化劑填料的制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010127735.6
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111359605B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾甯;羅軍洪;呂超;喻彬;李佩龍;安永濤;馮興文;何康昊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院材料研究所
• 主分類號: B01J23/42
• 分類號: B01J23/42;B01J23/63;B01J37/02;B01J37/18;G21F9/06
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51239
• 代理人: 鐘顯毅

本發(fā)明公開一種新型雙功能催化劑填料的制備方法及其應(yīng)用，本發(fā)明選用含鉑活性材料為活性材料，聚四氟乙烯為疏水介質(zhì)，金屬纖維氈為親水介質(zhì)，將含鉑活性材料、聚四氟乙烯、去離子水和表面活性劑制成懸濁液，并將懸濁液涂覆在處理后的金屬纖維氈上并干燥得到坯體，然后將坯體進(jìn)行熱處理得到新型雙功能催化劑填料，最后對其裁剪、造型并將其用于氫?水同位素交換中。本發(fā)明制備的新型雙功能催化劑填料比直接通過物理混合得到的雙功能催化劑填料具有更好的催化性能。此外，對本發(fā)明制備的新型雙功能催化劑填料進(jìn)行造型，避免裝填或運(yùn)輸過程中由于外界的作用導(dǎo)致含鉑活性材料從催化劑填料上掉落，從而延長催化劑的使用壽命和降低催化劑的成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氫-水同位素交換催化劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型雙功能催化劑填料的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

大力發(fā)展核電是我國為減輕化石能源依賴、確保國家能源安全所做出的一項(xiàng)戰(zhàn)略選擇。但核反應(yīng)堆(包括各類型的裂變堆和將來計(jì)劃建造的聚變堆)及乏燃料后處理廠等核設(shè)施的運(yùn)行會產(chǎn)生大量的含氚廢水(含HTO、DTO或T₂O)。與氣態(tài)氚相比，氚化水對生物體的毒性將顯著增大約25000倍。鑒于含氚水的放射性危害，對于含氚輕水(如壓水反應(yīng)堆所產(chǎn)生的廢水)，在向環(huán)境排放前應(yīng)進(jìn)行水去氚化處理，以減輕其對生態(tài)環(huán)境和公眾健康的危害。現(xiàn)階段，由于我國的核電站均建在沿海地區(qū)，含氚輕水一般都直接排向大海，利用巨量的海水進(jìn)行稀釋，從而達(dá)到降低危害的目的。但對于近年來我國已著手選址和論證的內(nèi)陸核電站而言，將含氚輕水直接排向江河則可能給下游的生態(tài)環(huán)境和公眾健康帶來潛在的危害。另一方面，對于重水堆而言，其用于中子慢化的重水在反應(yīng)堆運(yùn)行一段時(shí)間后也必須進(jìn)行提氚處理，否則會降低重水的中子慢化效率，甚至影響到核電站的安全運(yùn)行。因此，發(fā)展水去氚化(或重水提氚)技術(shù)對我國核工業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。

目前，可用于水去氚化的技術(shù)途徑主要包括氫-水同位素液相催化交換(LiquidPhase Catalytic Exchange，簡記為LPCE)、蒸氣相催化交換(Vapor Phase CatalyticExchange，簡記為VPCE)以及組合電解/催化交換(Combined Electrolysis CatalyticExchange，簡記為CECE)等。其中，LPCE是指氫同位素氣體與液態(tài)水在催化劑作用下發(fā)生同位素交換反應(yīng)；VPCE是指是氫同位素氣體與水蒸氣(～200℃)在催化劑作用下發(fā)生同位素交換反應(yīng)；而CECE實(shí)質(zhì)上是將LPCE過程與水電解過程結(jié)合在一起，用以實(shí)現(xiàn)更高的除氚因子(注：這是由于水的電解過程具有同位素效應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)氚的濃集)。綜上可知，氫同位素氣體與水(液態(tài)或氣態(tài))之間發(fā)生氫同位素交換反應(yīng)是上述三種水去氚化技術(shù)的核心反應(yīng)過程。在這三種技術(shù)途徑中，LPCE的操作條件最溫和、能耗最低、設(shè)備要求也最簡單，因此受到了普遍的重視。

由于在100℃以下，水以液態(tài)形式存在，為防止水覆蓋在活性金屬表面阻礙H₂達(dá)到催化活性位點(diǎn)(即造成催化劑中毒)，在LPCE工藝中需采用疏水催化劑。然而，氫-水交換反應(yīng)實(shí)際上包括催化交換和相間轉(zhuǎn)化兩個(gè)過程，液態(tài)水在親水填料上發(fā)生氣-液相間轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化為水蒸氣；疏水催化劑活性金屬表面發(fā)生水蒸氣與H₂間的氫同位素交換反應(yīng)。疏水催化劑和親水填料對氫-水同位素液相催化交換反應(yīng)都有顯著影響。目前，世界各國的LPCE裝置廣泛采用親水填料和疏水填料按一定方式(分層裝填和混合裝填)進(jìn)行裝填。這樣的方式存在以下兩個(gè)問題：第一，須要親水填料和疏水催化劑共同裝填，缺一不可。就裝填效果而言填料的完全混合裝填效果要優(yōu)于分層裝填。但兩種填料很難做到完全均勻混合。第二，親水填料和疏水催化劑互摩擦擠壓易造成疏水催化劑活性組分脫落，導(dǎo)致催化劑使用壽命降低等問題。

因此，提供一種兼具疏水催化劑和親水填料的雙功能催化劑填料，同時(shí)解決LPCE催化交換柱中需裝填疏水催化劑和親水填料，及因疏水催化劑和親水填料摩擦擠壓致疏水催化劑活性組分脫落、使用壽命降低等問題，成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員共同關(guān)心的問題。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，為了解決上述問題，本發(fā)明的目的之一是提供一種新型雙功能催化劑填料的制備方法。