氚水电解浓集设备和方法技术

本发明专利技术提供了一种氚水电解浓集设备和方法。设备包括：电解槽，用于对氚水进行电解，其包括进水口、氢气出口和氧气出口；一个样品瓶，其包括进样口和出水口，进样口用于将样品氚水导入样品瓶，出水口用于将样品氚水导出，出水口连接到电解槽的进水口；氧气排放装置，其连接到电解槽的氧气出口，用于向环境排出电解产生的氧气；氢气排放装置，其连接到电解槽的氢气出口，用于向环境排出电解产生的氢气，氢气排放装置包括质量流量计，用于测量电解产生的氢气累积质量流量。根据本发明专利技术的技术方案结构设计简单，操作方便，电解效率高，体积浓集率计算准确，安全无污染，实现了环境低水平氚水安全、高效和稳定的电解浓集。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及环境放射性测量
，尤其涉及一种氚水电解浓集设备和方法。
技术介绍
自然环境水中氚的活度一般低于现有液体闪烁计数器的最小探测限(约1Bq/L)，GB/T12375-1990给出水中氚的探测下限为0.5Bq/L，利用液闪技术对水中氚进行放射性测量，需要先将样品进行氚浓集。电解技术是实现水中氢、氚分离的重要手段，分为碱式电解、固体聚合膜电解和质子交换膜电解三大类。在低水平氚水电解浓集方面，国际原子能委员会和我国部分单位采用碱式电解法，效率低、腐蚀性强、体积浓缩率受限且存在安全隐患，市场上无成套设备出售，需应用单位自行设计，不易推广；日本于1996年首次提出固体聚合膜氚电解装置，并在我国逐步得到了应用，该方法对纯水进行电解，电解效率高，不存在污染和体积浓集率限制，但浓集液的死体积量较大且极不稳定，使得测量精度变差。低水平氚水电解浓集和水电解制氢的原理相同。在水电解制氢领域，质子交换膜可以在较高的电流下工作而不降低电解效率，阴极效率可达99.999％，被认为是目前最有前景的水电解技术。因此，环境低水平氚水的前处理可以借鉴质子交换膜水电解制氢技术，提出一种安全、高效和稳定的电解浓集流程。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种氚水电解浓集设备和相应浓集方法，以实现环境低水平氚水安全、高效和稳定的电解浓集。根据本专利技术的第一方面，提供了一种氚水电解浓集设备，用于对水中的氚进行浓集。氚水电解浓集设备包括：电解槽，用于对氚水进行电解，其包括进水口、氢气出口和氧气出口；一个样品瓶，其包括进样口和出水口，进样口用于将样品氚水导入样品瓶，出水口用于将样品氚水导出，出水口连接到电解槽的进水口；氧气排放装置，其连接到电解槽的氧气出口，用于向环境排出电解产生的氧气；氢气排放装置，其连接到电解槽的氢气出口，用于向环境排出电解产生的氢气，氢气排放装置包括质量流量计，用于测量电解产生的氢气累积质量流量。优选地，电解槽是质子交换膜电解槽。质子交换膜电解槽可以包括质子交换膜电极、阳极板和阴极板。质子交换膜电极优选地是包括质子交换膜、阳极催化剂和阴极催化剂的三合一零极距活性膜电极。氚水电解浓集设备优选地还包括冷却装置，用于对氧气排放装置中的氧气和/或氢气排放装置中的氢气进行冷却。冷却装置可以包括冷凝管。进一步优选地，氧气排放装置包括回流管，回流管位于冷却装置下方，其下端与样品瓶连通，用于使蒸发的水蒸气冷却回流至样品瓶。类似地，氢气排放装置包括回流管，回流管位于冷却装置下方，其下端与样品瓶连通，用于使蒸发的水蒸气冷却回流至样品瓶。氚水电解浓集设备还可以包括光电开关，其位于样品瓶的出水口和电解槽的进水口之间的管道附近，用于在管道中无水时停止电解槽的电解。根据本专利技术的第二方面，提供了一种氚水电解浓集方法，使用前述氚水电解浓集设备进行氚水电解浓集。氚水电解浓集方法包括步骤：将氚水样品注入样品瓶；用电解槽对氚水进行电解；用质量流量计测量阴极产生的氢气量；当氢气量达到设定值或光电开关检测到样品瓶的出水口和电解槽的进水口之间的管道无水时，结束电解浓集。与现有技术相比，根据本专利技术的技术方案利用质子交换膜电解槽对低水平氚水电解浓集，通过测量阴极产生的氢气量对浓集液的死体积进行修正，解决了固体聚合膜低水平氚水电解过程中的死体积修正问题。本专利技术的氚水电解浓集设备结构设计简单，操作方便，电解效率高，体积浓集率计算准确，安全无污染。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是根据本专利技术实施例的氚水电解浓集设备的结构示意图；图2是根据本专利技术实施例的干氚水电解浓集方法的流程示意图；图3是根据本专利技术具体实施例的氚水电解浓集设备的结构示意图；图4是根据本专利技术具体实施例的气体排放系统的结构示意图。在这些附图中，使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术作进一步地详细说明。在以下描述中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的实施例或示例可以包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度，但并非每个实施例或示例都必然包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度。另外，重复使用短语“在一个实施例中”虽然有可能是指代相同实施例，但并非必然指代相同实施例。为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。图1示出根据本专利技术实施例的用于对水中的氚进行浓集的氚水电解浓集设备100。氚水电解浓集设备100包括电解槽102、一个样品瓶104、氧气排放装置106和氢气排放装置108。电解槽102用于对氚水进行电解，其包括进水口、氢气出口和氧气出口。电解槽102可以是质子交换膜电解槽。质子交换膜电解槽一般包括质子交换膜电极、阳极板和阴极板。质子交换膜电极可以是包括质子交换膜、阳极催化剂和阴极催化剂的三合一零极距活性膜电极。样品瓶104包括进样口和出水口，进样口用于将样品氚水导入样品瓶104，出水口用于将样品氚水导出，出水口连接到电解槽102的进水口。氧气排放装置106连接到电解槽102的氧气出口，用于向环境排出电解产生的氧气。氢气排放装置108连接到电解槽102的氢气出口，用于向环境排出电解产生的氢气。氢气排放装置108包括质量流量计，用于测量电解产生的氢气累积质量流量。氚水电解浓集设备100还可以包括冷却装置，用于对氧气排放装置106中的氧气和/或氢气排放装置108中的氢气进行冷却。冷却装置可以包括适于冷却高温气体的冷凝管等。进一步，氧气排放装置106可以包括回流管，回流管位于冷却装置下方，其下端与样品瓶104连通，用于使蒸发的水蒸气冷却回流至样品瓶104。类似地，氢气排放装置108可以包括回流管，回流管位于冷却装置下方，其下端与样品瓶104连通，用于使蒸发的水蒸气冷却回流至样品瓶104。氚水电解浓集设备100还可以包括光电开关，其位于样品瓶104的出水口和电解槽102的进水口之间的管道附近，用于在管道中无水时停止电解槽102的电解。图2示出根据本专利技术实施例的使用图1所示氚水电解浓集设备100的氚水电解浓集方法。在步骤S202中，将氚水样品注入样品瓶104。在步骤S204中，用电解槽102对氚水进行电解。在步骤S206中，用氢气排放装置108中的质量流量计测量阴极产生的氢气量。在步骤S208中，当氢气量达到设定值或光电开关检测到样品瓶的出水口和电解槽的进水口之间的管道无水时，结束电解槽102的电解浓集。接下来详细描述根据本专利技术一个具体实施例的氚水电解浓集设备，如图3所示。一种质子交换膜氚水电解浓集装置，包括质子交换膜电解槽1、样品瓶2、冷却系统3、气体排放系统4、质量流量计5、光电开关6、阀门7/8、控制装置9和电源10。质子交换膜电解槽1的正负极分别与电源10正负极相连，样品瓶2的出水口15与质子交换膜电解槽1的进水口16相连，气体排放系统4与质子交换膜电解槽1的氢气出口和氧气出口相连。样品瓶2通过回流管道19(见图4)与气体排放系统4相连。冷却系统3在电解过程中对质子交换膜电解槽1和气体排放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氚水电解浓集设备，用于对水中的氚进行浓集，其特征在于，包括：电解槽，用于对氚水进行电解，其包括进水口、氢气出口和氧气出口；一个样品瓶，其包括进样口和出水口，所述进样口用于将样品氚水导入所述样品瓶，所述出水口用于将样品氚水导出，所述出水口连接到所述电解槽的进水口；氧气排放装置，其连接到所述电解槽的氧气出口，用于向环境排出电解产生的氧气；氢气排放装置，其连接到所述电解槽的氢气出口，用于向环境排出电解产生的氢气，所述氢气排放装置包括质量流量计，用于测量电解产生的氢气累积质量流量。

【技术特征摘要】
1.一种氚水电解浓集设备，用于对水中的氚进行浓集，其特征在于，包括：电解槽，用于对氚水进行电解，其包括进水口、氢气出口和氧气出口；一个样品瓶，其包括进样口和出水口，所述进样口用于将样品氚水导入所述样品瓶，所述出水口用于将样品氚水导出，所述出水口连接到所述电解槽的进水口；氧气排放装置，其连接到所述电解槽的氧气出口，用于向环境排出电解产生的氧气；氢气排放装置，其连接到所述电解槽的氢气出口，用于向环境排出电解产生的氢气，所述氢气排放装置包括质量流量计，用于测量电解产生的氢气累积质量流量。2.根据权利要求1所述的氚水电解浓集设备，其特征在于，所述电解槽是质子交换膜电解槽。3.根据权利要求1所述的氚水电解浓集设备，其特征在于，还包括冷却装置，用于对所述氧气排放装置中的氧气和/或氢气排放装置中的氢气进行冷却。4.根据权利要求3所述的氚水电解浓集设备，其特征在于，所述冷却装置包括冷凝管。5.根据权利要求3所述的氚水电解浓集设备，其特征在于，所述氧气排放装置包括回流管，所述回流管位于所述冷却装置下方，其下端与所述样品瓶连通，用于使蒸发的水...

【专利技术属性】
技术研发人员：李锦，岳会国，杨斌，张艳霞，喻正伟，唐丽丽，
申请(专利权)人：环境保护部核与辐射安全中心，
类型：发明
国别省市：北京;11