[發(fā)明專利]一種宏觀異質(zhì)結(jié)膜高效、快速分離氫同位素的方法

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• 申請日: 2023-02-24
• 公開（公告）號: CN116328538A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李湛;陳熙萌;梁晶;張鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 蘭州大學(xué)
• 主分類號: B01D59/10
• 分類號: B01D59/10;B01D71/68
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51230
• 代理人: 楊保剛

本發(fā)明公開了一種宏觀異質(zhì)結(jié)膜高效、快速分離氫同位素的方法，是屬于同位素分離技術(shù)領(lǐng)域，包括如下步驟；S1將濃度的氧化石墨烯以及PG水懸浮液超聲30min；S2通過負(fù)壓抽濾方式，在聚醚砜超濾膜基底上抽濾成膜；S3制備得到GO/PG/GO的宏觀異質(zhì)結(jié)膜；S4待膜完全抽濾結(jié)束后烘干，得到GO/PG/GO宏觀異質(zhì)結(jié)膜；S5通過壓力驅(qū)動的方式利用真空抽濾將一定濃度的Dsubgt;2/subgt;O溶液濾過宏觀異質(zhì)結(jié)，最終實現(xiàn)H/D分離，其有益效果在于：本方法不需要高溫等極端條件，僅僅利用真空抽濾，因此反應(yīng)過程簡便、經(jīng)濟、快速；分離條件常溫常壓，綠色環(huán)保，分離效果顯著。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于同位素分離技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種宏觀異質(zhì)結(jié)膜高效、快速分離氫同位素的方法。

背景技術(shù)

氘，作為一種氫的穩(wěn)定同位素，不僅是工業(yè)生產(chǎn)、武器制造中不可或缺的元素，同時也在醫(yī)療和基礎(chǔ)科研等領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。然而，自然界中的氘豐度極低(約0.015％)，而現(xiàn)有的氘富集技術(shù)通常數(shù)量龐大且繁瑣，大都需要面臨分離條件嚴(yán)苛、分離效率低等問題，因此發(fā)展一種常溫下簡單、快速、高效、安全、綠色環(huán)保的新型重水分離方法具有重要的價值。膜分離作為一種新興的分離技術(shù)，具有無相變、無添加劑，低能耗等優(yōu)勢，近年來逐漸被應(yīng)用于分離探究中。自2016年以來，有團隊利用單層石墨烯，在電場驅(qū)動下通過膜分離技術(shù)分離氫/氘(H/D)。但單層石墨烯的制備面臨制備成本高、工藝復(fù)雜等問題。與之相比，氧化石墨烯(GO)的制備方法更簡單、產(chǎn)率更高、成本更低，同時片層之間存在強的π-π相互作用易于堆積，因而作為膜材料被應(yīng)用于氫同位素分離探究中。除此之外，與低溫條件下分離氣態(tài)H2/D2的技術(shù)相比，利用電場驅(qū)動分離H/D的技術(shù)能耗更低、分離因子較高，同時分離步驟相對簡單。但由于成本過高、裝置復(fù)雜等劣勢仍然使該類分離技術(shù)難以被大規(guī)模使用。因此有必要開發(fā)一種更加簡單、高效、綠色環(huán)保的膜分離技術(shù)，在常溫下實現(xiàn)液態(tài)氘水分子的高效選擇性分離。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，更加簡單、高效、綠色環(huán)保的進行膜分離。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種宏觀異質(zhì)結(jié)膜高效、快速分離氫同位素的方法，包括如下步驟：

S1將濃度的氧化石墨烯以及PG水懸浮液超聲30mi?n；

S2通過負(fù)壓抽濾方式，在聚醚砜超濾膜基底上抽濾成膜；

S3制備得到GO/PG/GO的宏觀異質(zhì)結(jié)膜；

S4待膜完全抽濾結(jié)束后烘干，得到GO/PG/GO宏觀異質(zhì)結(jié)膜；

S5通過壓力驅(qū)動的方式利用真空抽濾將一定濃度的D₂O溶液濾過宏觀異質(zhì)結(jié)，最終實現(xiàn)H/D分離。

所述聚醚砜超濾膜基底的規(guī)格為0.22μm，d＝50mm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

1)由于該方法不需要高溫等極端條件，僅僅利用真空抽濾，因此反應(yīng)過程簡便、經(jīng)濟、快速。

2)分離方法綠色環(huán)保，分離條件常溫常壓，分離效果顯著。

3)該分離方法不需要復(fù)雜的反應(yīng)過程和嚴(yán)苛的反應(yīng)條件，成本低，具有大規(guī)模應(yīng)用的潛力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述異質(zhì)結(jié)膜分離H/D的裝置圖。

圖2為宏觀異質(zhì)結(jié)膜的形貌表征圖，其中a-c為掃描電鏡圖。

圖3為宏觀異質(zhì)結(jié)膜的分離表征圖，其中a為純水與D₂O的通量之比表征圖；b為D₂O拒絕率表征圖；c為D₂O與H₂O的分離因子表征圖。

具體實施方式