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氘氣(CAS:7782-39-0)的化學性質與氫氣(CAS:1333-74-0)相同,可以發生普通氫所有的化學反應,并能夠生成相應化合物,在制備氘化鋰、氘化鈉等氘代試劑反應中有著重要作用。
那么氘氣是如何制備出的呢?目前主要氘氣制備技術有:液氫精餾技術、電解重水技術、金屬氫化物技術、激光技術、氣相色譜技術等等。
下面簡單介紹幾種氘氣制備技術[1]:
氘是氫的同位素,天然氫中氘含量是0.013到0.015。氘沸點為23.5K,氫的沸點為20.38K,HD沸點為22.13K。所以理論上采用精餾液氫制備氘氣是完全可以實現的。通常情況下低溫精餾時,首先濃縮的是HD,但HD必須經催化劑轉化為D2、HD、H2平衡混合物后才能繼續精餾濃縮,才能進一步制備。當前液氫精餾技術中低溫精餾分離技術多采用JET低溫精餾系統來實現氘氣制備。但精餾技術回流需要消耗大量能量,能耗問題突出,所以經濟性并不理想,在能耗方面有待改進。
重水電解技術采用電解水裝置,以堿金屬的氘氧化物為電解質或固體聚合物電解重水。雖然通過該技術制備氘氣純度較高,但仍需要對已制備的氘氣進一步純化。純化重點是去除雜質,降低氘氣所含的氫同位素雜質氕,但氕去除難度較大,處理工藝十分復雜。并且電解過程中能耗問題也十分突出,應用中降低工作電壓,提高能量效率的主要策略有:減小電極間距離、提高工作壓力、提高工作溫度、改變電極材料、使用添加劑等。
氣相色譜法發明于一九五二年,其應用領域十分廣泛。一九五七年,氣相色譜法被成功用于于氘氣制備。目前氫同位素主流氣相色譜分離技術有H2-頂替色譜法、迎頭色譜法、沖洗色譜法、自我頂替色譜法。H2-頂替色譜法制備量大,回收率和濃縮率最高,但工藝相對復雜。迎頭色譜法工藝相對簡單,適合從天然氫中制備氘氣。沖洗色譜法制備氘氣純度較低,不能滿足需求,因此較少采用。自我頂替色譜法具有著無載氣、濃縮率高、回收率適中等優點,是最為理想的色譜制氘技術。