[发明专利]一种载钯硅藻土复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种载钯硅藻土复合材料的制备方法，所合成的载钯硅藻土复合材料可用作高性能氢同位素分离材料，应用于氢同位素纯化、分离和提取技术领域。

背景技术

由于目前世界范围内化石能源日益紧张，因此聚变能正发挥出越来越重要的作用。其中，氢同位素分离是利用氘氚聚变能的核心技术之一，而分离材料的性能则是决定分离效率的关键因素。在众多的氢同位素分离材料中，载钯硅藻土(Pd/K)复合材料具有比表面积大和钯负载量高的优势，可以缓冲吸放氢循环过程中的内应力、增加氢与钯的接触界面、提高吸/放氢反应及同位素交换速率[I.A.Fisher，Westinghouse Savannah River Company-RP-93-401(1993)]；还可以减小分离柱的体积以及提高系统的分离性能[K.L.Shanahan等人，J.AlloysComp.，62(1999)293]。因此，Pd/K复合材料作为氢同位素储存、分离和提取材料得到了极大的研究关注，近年来被广泛应用于聚变燃料循环和氚处理工艺中。

在现阶段Pd/K复合材料主要的制备方法是美国萨凡纳河国家实验室提出的钯盐溶液湿法浸渍-分解法，该实验室利用硝酸钯、氯化钯、硝酸钯铵等前驱体，将其溶液自然浸渍硅藻土载体，陈化、风干后制备了不同钯含量的Pd/K复合材料[K.L.Shanahan等人，J.Alloys Comp.，62(1999)293；W.C.Mosley，Westinghouse Savannah River Company-TR-90-24(1990)]。虽然该方法是目前实验和部分应用中采用的主要方法，但其前驱体均为无机钯盐，因浸渍后加热分解温度过高反应剧烈，极易破坏硅藻土结构，而硅藻土粉化后会造成Pd/K复合材料分离性能降低并阻塞分离系统。

发明人所在课题组在公开文献稀有金属2011(35)2：238-243中报道了采用乙酰丙酮钯(Pd(acac)₂)为前驱体，以氯仿为溶剂自然浸渍制备Pd/K复合材料的方法，降低了热分解温度，但Pd(acac)₂不溶于水，需引入氯仿等有机溶剂；且加工成本高于PdCl₂，不利于工业化推广；关键是Pd(acac)₂分子的扩散能力小于PdCl₂溶液中以离子形式存在的pd²⁺的扩散能力，不利于浸入硅藻土孔隙内部，导致吸附的钯盐分布不均，多次吸/放氢循环后易粉化脱落。

发明内容

针对现有技术中载钯硅藻土复合材料的制备工艺所存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种新的载钯硅藻土复合材料的制备方法，该制备方法过程简单、反应温和、容易控制、技术可靠、负载均匀。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明采用一步法合成载钯硅藻土复合材料，通过PdCl₂与乙酰丙酮反应直接在硅藻土载体上生成Pd(acac)₂，该中间体经过煅烧即可得到Pd/K复合材料，具体为：

一种载钯硅藻土复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将一定量PdCl₂溶于浓盐酸中，充分搅拌并加热，使其完全溶解；

(2)向溶液中加入硅藻土颗粒并搅拌均匀，充分浸渍；

(3)加入过量乙酰丙酮并充分搅拌，用NaOH或KOH调节溶液pH值至7～9，在硅藻土表面和内部均生成黄色沉淀Pd(acac)₂，将浸渍了Pd(acac)₂的硅藻土过滤、干燥；

(4)最后将所得的中间体——负载了Pd(acac)₂的硅藻土中温加热煅烧得到载钯硅藻土复合材料。

所述步骤(1)中浓盐酸的浓度为30～38％，加热温度为30～90℃，搅拌时间大于5min。

可以在PdCl₂溶解时，向溶液中加入适量去离子水进行稀释，然后再向其中加入硅藻土颗粒。

所述步骤(2)中硅藻土颗粒的颗粒度为0～100目，优选为20～80目，孔隙率≥80％。

所述步骤(2)中加入的硅藻土松装体积为溶液体积的50％～200％，搅拌、浸渍时间大于10min。

步骤(3)不同于常规的沉淀法工艺，得到的沉淀物过滤后无需通过大量水冲洗去除氯化物，氯离子待干燥后在步骤(4)中去除。