[发明专利]超微孔金属-有机骨架材料在氢的同位素分离中的应用

说明书

本发明公开了一种超微孔金属‑有机骨架材料在氢的同位素分离中的应用，所述的超微孔金属‑有机骨架材料是SIFSIX‑3‑Zn,用于低温下氢同位素的有效分离，所述SIFSIX‑3‑Zn的化学式为Zn(pyr)₂(SiF₆)。本发明的超微孔金属‑有机骨架材料在氢的同位素分离中的应用能够将氢同位素中的D₂、H₂进行分离纯化，且本发明的超微孔金属‑有机骨架材料制备方法简单，可大批量合成，且合成原料便宜，价格低廉，可以广泛应用于工业中的氢同位素分离。

技术领域

本发明属于核能利用技术领域，具体的是涉及一种超微孔金属-有机骨架材料在氢的同位素分离中的应用，是一种超微孔金属骨料的新用途，借用超微孔金属-有机骨架材料的超微孔结构和D₂、H₂在低温条件下的量子筛分效应进行D₂/H₂分离纯化。

背景技术

自19世纪末发现X射线和镭元素以来，核科学技术一直在不断地发展成熟，已逐渐应用于军事、能源、工业、农业、医学及其他领域中。目前核能利用主要是利用高原子序数放射性原子的核衰变进行，如目前的核能发电厂，核动力潜艇和航母等。但相对于核衰变，核聚变所释放的能量密度更高，且其产生的污染较小，因此更加清洁。进行核聚变的重要原料之一是氢的同位素氚（T）, 因此，如何高效的从H₂、D₂、T₂混合物中分离出T₂是核聚变技术的一个重要前提。

目前进行氢同位素分离的方法包括低温精馏法、吸附法、色谱法、膜分离法等，其中吸附法操作简便、成本低廉，被认为是一种常用的核废水处理方法。低温精馏法虽然相对容易大规模连续生产，但分离效率很低；色谱法尽管效率较高，但不能大规模应用。而目前用于氢同位素分离的吸附剂材料存在着分离效率低下等问题。因此，寻找一种吸附容量高、吸附分离效率高、成本低廉的吸附剂具有重要意义。

金属-有机骨架材料（简称MOF材料）是通过无机金属离子或簇与有机配体经过化学自组装形成的晶态三维骨架材料。由于MOF材料具有较高的比表面积和孔隙率，可调控的孔道尺寸的化学特性，其在包括气体存贮、吸附分离、多相催化、化学传感、药物控释等方面表现了良好的潜在应用前景。因此，MOF材料才氢同位素分离方面具有重要应用前景。

发明内容

为此，本发明要解决的技术问题是克服现有技术中对氢的同位素分离应用存在的上述不足，进而提供一种超微孔金属-有机骨架材料在氢的同位素分离中的应用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种超微孔金属-有机骨架材料在氢的同位素分离中的应用，所述的超微孔金属-有机骨架材料是SIFSIX-3-Zn, 用于低温下氢同位素的有效分离，所述SIFSIX-3-Zn的化学式为Zn(pyr)₂(SiF₆)，所述pyr为 pyrazine的简称，也即吡嗪。

优选的，所用超微孔金属-有机骨架材料在氢的同位素分离过程中的工作温度范围为18 K到77 K之间。

优选的，对氢同位素的有效分离的分离方法包括间歇吸附分离法和固定床连续吸附分离法。

优选的：对氢同位素的有效分离的对象至少包括T₂、D₂混合物, T₂、H₂混合物, D₂、H₂混合物。