[發明專利]一種用于氫同位素氧化物分離的催化填料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011456543.6
• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112473692A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 羅文華;石巖;羅德禮;李佩龍;張鑫;陳閩;胡貴強;姚軍;封加波;田廣;李時;張佳博;封禹
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院材料研究所;上海朱光亞戰略科技研究院
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;B01J37/34;B01J37/02;B01J37/18;B01D59/04
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙) 51239
• 代理人: 鐘顯毅

本發明公開了一種用于氫同位素氧化物分離的催化填料，包括表面經涂層處理改善表面親水性的金屬填料基底，以及負載于金屬填料基底上的用于對氫同位素轉變起催化作用的鉑系納米顆粒。其制備方法為將洗凈的金屬填料基底置于含有氧化劑的溶液中進行超聲處理，使其表面形成涂層，然后置于含有鉑系元素的溶液中進行浸漬處理，再置于管式爐中在氫氬氣氛環境中還原，即得。本發明所得的催化填料利用對氫同位素轉變有催化作用的鉑系元素，實現反應耦合精餾的分離模式，有效提高了分離效率，在水精餾過程中具有優異的氫同位素分離效果。并且其制備方法條件溫和，實現方便，易于在大批量制備中應用。

技術領域

本發明涉及一種用于氫同位素氧化物分離的催化填料及其制備方法和應用。

背景技術

氕(¹H)、氘(²H或D)、氚(³H或T)是氫的三種同位素，其中氚具有放射性，會對周圍的環境以及生物造成危害，尤其是氚氧化形成氚化水后對人體的毒性將增加25000倍。此外，氚還是一種非常昂貴的軍工資源，氚的提取和濃集本身具有極大的經濟價值。

目前，氫同位素氧化物的分離方法主要包括化學交換法、精餾法、電解法、色譜分離法、熱擴散法、膜擴散吸附法、離心法、激光法等。其中精餾法利用不同組分蒸氣壓的差別實現氫同位素氧化物的分離，具有可以實現大規模處理、操作簡單、過程無污染、固定投資少、運維成本低等特點而受到了廣泛的關注。

在精餾過程中，填料提供了精餾柱中氣液相接觸表面，決定著精餾過程效率，進而直接影響分離過程的成本。而目前該體系的傳統精餾填料均為惰性表面填料，表面僅提供氣液相轉變場所，并無催化作用。因此，通過設計有效的方法來制備高效的針對精餾過程中氫同位素氧化物分離填料在實際應用中具有重要意義。

發明內容

針對上述現有技術中的上述問題，本發明提供一種能夠提升精餾過程分離效率的用于氫同位素氧化物分離的催化填料及其制備方法和應用。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種用于氫同位素氧化物分離的催化填料，包括表面經涂層處理改善表面親水性的金屬填料基底，以及負載于金屬填料基底上的用于對氫同位素轉變起催化作用的鉑系納米顆粒。

具體地，所述金屬填料基底為由不銹鋼材料制成的西塔環填料、鮑爾環填料、階梯環填料等散裝填料或絲網波紋填料、板波紋填料等規整填料。

具體地，所述鉑系納米顆粒為鉑、銠、銥、鈀中至少一種，其粒徑為5-50nm。

進一步地，所述用于氫同位素氧化物分離的催化填料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將金屬填料基底置于乙醇/除脂劑混合溶液中進行超聲清洗，然后使用去離子水潤洗后晾干；

(2)將清洗后的金屬填料基底置于含有氧化劑的溶液中進行超聲處理，使其表面形成涂層，然后取出晾干；

(3)將步驟(2)處理后的金屬填料基底置于含有鉑系元素的溶液中進行浸漬處理，并在浸漬后用去離子水清洗后晾干；

(4)將步驟(3)處理后的金屬填料基底置于管式爐中在氫氬氣氛環境中還原，制得表面負載有鉑系納米顆粒的催化填料。

具體地，所述氧化劑為重鉻酸鉀、高錳酸鉀、過硫酸鉀或過氧化氫中的至少一種；所述含有氧化劑的溶液的濃度為0.1M-1M；所述超聲處理的時間為0.5-2小時。