[发明专利]一种利用微藻制备氘气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及氘气制备领域，具体涉及一种利用微藻制备氘气的方法，以微藻细胞作为催化剂，根据其光合作用分解水的原理，进行生物法制取氘气，属核能和生物能源领域。

背景技术

氘是一种十分重要的战略资源，其应用领域非常广泛。例如，氘在核能上主要用于热核反应，被称为“未来的天然燃料”；在军事领域，氘气可用于制造中子弹和激光器等；在民用工业领域，氘气可用于制作氘灯，而氘灯则广泛应用于液相色谱仪的UV检测器和核磁共振仪等多种分析测试仪器中；在医药领域，许多氘代药物可以提高药物的疗效、安全性和耐受性；在农业领域，一些氘代农药具有颇好的活性，毒力提高数倍。但目前规划制取氘气仍旧存在成本和技术要求较高、危险性高、设备工艺复杂、污染严重等问题。

氘气的传统制取方法主要包括液氢精馏法、色谱柱法、钯膜或金属氢化物法、重水电解法等，这些方法中前三种由于面临所需装置运行复杂、成本高、危险性大、处理量小等许多不足之处，尚未实现商业化大规模开发应用；重水电解法是目前得到规模化应用的主要方法，不过重水电解法对技术设备要求较高，只有美国等少数发达国家掌握高纯氘气的电解制备技术，因此国内高纯氘气主要依赖进口，价格十分昂贵。

现有的以重水制备氘气的技术如下：

中国专利ZL200610047013.X中公开了一种以重水为原料制取特高纯氘气的方法，采用低温双减容方法制取氘气，将重水和氢氧化钾按1：0.01-0.03的重量比例混合，混合后的电解液在-20℃～-10℃的温度条件下在无隔膜电解槽里进行减容电解，重水浓度达到99.99%时终止电解，然后在隔膜电解槽内进行减容电解，电解液温度在-10℃～-5℃，当氘气浓度达到99.99%时进行特高纯氘气生产。该方法的特点:采用氢氧化钾作为电解质，无隔膜电解槽与隔膜电解槽两个电解阶段均能使用，并且可循环使用，省去了蒸馏除碱生产过程，大大缩短流程，节省投资，降低成本。

中国专利申请CN200510046053.8中公开了一种以重水为原料制取超高纯氘气的生产方法，包括五个步骤：低温浓缩重水、蒸馏除碱、氘气制取、回收、蒸馏。该方法的特点是：电解浓缩重水在低温条件下进行，减小电解槽内电阻，有利于电解液循环混合，显著提高分离系数，可获得超高浓度的重水；对设备及管线进行真空处理，避免残存在设备内的空气和附着的水汽薄膜对原料及产品的稀释，保证原料及产品的纯度；原料的配制在干燥手套箱内进行，防止被湿气稀释；对排除的废料进行回收处理再利用，降低了成本；通过该方法生产的氘气，其纯度为99.99%以上。

上述两种方法对设备的要求较高，且工业生产时危险性较高。

中国专利ZL200710089245.6中公开了一种利用氢同位素交换法制取重水及氘气的生产方法，包括下列步骤：1.双温交换提取氘阶段，将原料水送入提氘塔上塔，上塔水的温度为20～30℃，压力为1.2～1.25MPa，原料水与氢气在催化床中进行逆流交换，形成富氘水，富氘水再与氢气在催化床中逆流交换，氘从水中转入氢气内。2.液氢蒸馏阶段，通过低温吸附去除富氘气体中的杂质；蒸馏将氢化氘浓度富集到90%（mol）以上；歧化反应使得氘气浓度达99.8%（mol）。该的特点是：氘的提取率高，原料水用量少，是现有方法的三分之一，分离系数大，设备容积小，能耗低，安全可靠。

中国专利申请CN200610047272.2中公开了一种以含氚轻水(重水)为原料提取纯氚的生产方法，包括下列工艺步骤：A.氢-水(液)交换阶段，采用两段六级级联式对氢气与含氚轻水进行液相催化交换反应；B.低温蒸馏阶段采用低温吸附、液氢(氘)蒸馏和回收三段级联方法。该方法的特点:氢-水(液)交换阶段采用二段六级氢-水(液)交换技术，工艺流程简单，易操作，生产安全，易于轻水(重水)脱氚，提取率达到95%以上，低温蒸馏采用了双制冷技术(即氦液化制冷与氮液化制冷)、OP转化技术、催化合成燃烧技术和歧化技术，降低了原料和能源的消耗，减少了气载放射性流出物的排放，大大减轻环境污染，提取氚纯度为99%，最高可达到99.9%。

上述两种方法对设备的要求较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用微藻制备氘气的方法，主要是利用微藻光解重水生产氘气的方法，将具有产氢能力的微藻细胞置于无氧环境中，于重水配制的无硫培养基中光解重水，生产氘气。该方法较现有方法，具有环境友好、操作简便、运行安全、对设备要求不高的特点。