[发明专利]一种分离材料的氢同位素混合气体分离因子的测定方法

说明书

本发明提供了一种分离材料的氢同位素混合气体分离因子的测定方法。本发明首先得到吸附平衡时间后，再将吸附实施时压力稳定保持的时间限定为不低于所预测得到的平衡时间的2倍，使得测试容器中吸附的气相组分与原料中气相组分一致，避免常规静态法测试中热扩散引入的误差；并且，无需采用对气体流出曲线积分的方式获得吸附相的组分，避免传统动态法中气体流出曲线测试和积分引入的诸多误差；再者，充分考虑了装有待测试分离材料的测试容器中空隙体积中气体量对测试结果的误差影响。因此，本发明提供的测定方法，得到的分离因子具有测试精度高的特点。

技术领域

本发明属于氢同位素分离技术领域，尤其涉及一种分离材料的氢同位素混合气体分离因子的测定方法。

背景技术

氢在自然界中具有氕(H)、氘(D)、氚(T)三种稳定的同位素，可形成H₂、D₂、T₂、HD、HT、DT六种双原子同位素气体。氢同位素气体中的氘、氚是实现聚变发电必需的燃料。在核化学工程技术领域，需要对氢同位素进行分离，例如，在核燃料循环中，需进行氢同位素气体的净化、分离，以满足符合要求的燃料；再如，裂变反应堆的长期运行需要及时将氚提取出来以维持冷却剂、慢化剂中较低的氚水平。

氢同位素的吸附分离的原理是利用氢同位素气体在分离材料表面或体相的吸附能力或吸附速率的差异，实现氢同位素的分离。分离材料的分离性能决定了吸附分离技术的水平，因此对分离材料分离性能的研究一直是吸附分离技术研发的关键。评价氢同位素分离材料对两种氢同位素组分分离性能的一个指标为分离因子，定义为重核氢同位素组分(简称重组分)与轻核氢同位素组分(简称轻组分)在吸附相中的浓度之比除以重组分与轻组分在气相中的浓度之比。

分离因子的测定方法有静态法和动态法。

静态法基于气体的静态吸附平衡，测定时需要气相在实验回路中循环以使气相组分充分混合。为了实现气相组分的充分混合，多采用循环泵，但是会导致测定成本的提高。为了降低测定成本，中国专利CN201510608670.6采用分离材料在实验容器中震荡的方法使气相到达充分混合。但是，该方法在取样分析时必须使吸附平衡的气相气体以极快的速度进入分析容器，但对于吸附(脱附)速率很快的分离材料，在气体进入分析容器的瞬间也会产生分离效应，导致较大的测定误差。并且，当测试温度较低或较高时，由于阀门对低温或高温的承受能力有限，阀门往往需要暴露在恒温容器外，导致阀门与盛放分离材料的容器的连接处存在较大的温度梯度，进而造成不可忽视的浓度梯度，最终导致测试结果具有较大的测定偏差。

传统的动态法基于总物料守恒和组分的物料守恒，通过动态监测组分浓度随时间的变化以及质量流量，可获得组分在一定时间内达到吸附动态平衡后在分离材料内的吸附量，由此获得分离因子。传统的动态法可以避免热扩散的影响，但是由于分离材料的吸附量需要对固定床中气体流出曲线进行准确测定和积分，而积分结果的准确性受多种因素的影响，如浓度分析的精度、流速(流量)控制精度、时间计量精度、积分方法等，导致分离因子测定结果同样存在较大的不确定度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种分离材料的氢同位素混合气体分离因子的测定方法，本发明提供的方法测定精度高，偏差小。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种分离材料的氢同位素混合气体分离因子的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)提供封装有待测试分离材料的测试容器；测定所述测试容器中的空隙体积，记为V_void；

(2)测定待测试气体中任意两种组分的摩尔分数，分别记为y_A，source和y_B，source；

(3)向所述步骤(1)中的测试容器中通入所述待测试气体，吸附平衡时，得到吸附平衡的时间；