[发明专利]一种用于氢同位素氧化物分离的催化填料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于氢同位素氧化物分离的催化填料，包括表面经涂层处理改善表面亲水性的金属填料基底，以及负载于金属填料基底上的用于对氢同位素转变起催化作用的铂系纳米颗粒。其制备方法为将洗净的金属填料基底置于含有氧化剂的溶液中进行超声处理，使其表面形成涂层，然后置于含有铂系元素的溶液中进行浸渍处理，再置于管式炉中在氢氩气氛环境中还原，即得。本发明所得的催化填料利用对氢同位素转变有催化作用的铂系元素，实现反应耦合精馏的分离模式，有效提高了分离效率，在水精馏过程中具有优异的氢同位素分离效果。并且其制备方法条件温和，实现方便，易于在大批量制备中应用。

技术领域

本发明涉及一种用于氢同位素氧化物分离的催化填料及其制备方法和应用。

背景技术

氕(¹H)、氘(²H或D)、氚(³H或T)是氢的三种同位素，其中氚具有放射性，会对周围的环境以及生物造成危害，尤其是氚氧化形成氚化水后对人体的毒性将增加25000倍。此外，氚还是一种非常昂贵的军工资源，氚的提取和浓集本身具有极大的经济价值。

目前，氢同位素氧化物的分离方法主要包括化学交换法、精馏法、电解法、色谱分离法、热扩散法、膜扩散吸附法、离心法、激光法等。其中精馏法利用不同组分蒸气压的差别实现氢同位素氧化物的分离，具有可以实现大规模处理、操作简单、过程无污染、固定投资少、运维成本低等特点而受到了广泛的关注。

在精馏过程中，填料提供了精馏柱中气液相接触表面，决定着精馏过程效率，进而直接影响分离过程的成本。而目前该体系的传统精馏填料均为惰性表面填料，表面仅提供气液相转变场所，并无催化作用。因此，通过设计有效的方法来制备高效的针对精馏过程中氢同位素氧化物分离填料在实际应用中具有重要意义。

发明内容

针对上述现有技术中的上述问题，本发明提供一种能够提升精馏过程分离效率的用于氢同位素氧化物分离的催化填料及其制备方法和应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于氢同位素氧化物分离的催化填料，包括表面经涂层处理改善表面亲水性的金属填料基底，以及负载于金属填料基底上的用于对氢同位素转变起催化作用的铂系纳米颗粒。

具体地，所述金属填料基底为由不锈钢材料制成的西塔环填料、鲍尔环填料、阶梯环填料等散装填料或丝网波纹填料、板波纹填料等规整填料。

具体地，所述铂系纳米颗粒为铂、铑、铱、钯中至少一种，其粒径为5-50nm。

进一步地，所述用于氢同位素氧化物分离的催化填料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将金属填料基底置于乙醇/除脂剂混合溶液中进行超声清洗，然后使用去离子水润洗后晾干；

(2)将清洗后的金属填料基底置于含有氧化剂的溶液中进行超声处理，使其表面形成涂层，然后取出晾干；

(3)将步骤(2)处理后的金属填料基底置于含有铂系元素的溶液中进行浸渍处理，并在浸渍后用去离子水清洗后晾干；

(4)将步骤(3)处理后的金属填料基底置于管式炉中在氢氩气氛环境中还原，制得表面负载有铂系纳米颗粒的催化填料。

具体地，所述氧化剂为重铬酸钾、高锰酸钾、过硫酸钾或过氧化氢中的至少一种；所述含有氧化剂的溶液的浓度为0.1M-1M；所述超声处理的时间为0.5-2小时。