一种高效深度回收氢/氘化锂中氢/氘的方法技术

本发明专利技术公开了一种高效深度回收氢/氘化锂中氢/氘的方法，该方法包括如下步骤：1)反应系统的准备；2)反应装置的漏率检查；3)反应物的预处理；4)物料混合；5)加热释氢；6)反应后处理。其中步骤5)加热反应步骤采用的活化剂为多孔氧化物，选自介孔二氧化硅SBA‑15、微孔二氧化硅/氧化铝MCM‑41、MCM‑22、介孔二氧化钛中的一种或者几种。本发明专利技术的方法具有操作简单，成本低廉，可用于大规模的实验，反应温度较低，氢同位素的回收效率高，产物中氢的残留量小，产物组成单一且环境友好，便于处理等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种高效深度回收氢/氘化锂中氢/氘的方法
本专利技术属于核技术应用领域，具体涉及一种高效深度回收氢/氘化锂中氢/氘的方法。
技术介绍
氢(氘)化锂是一种重要的核能材料与贮氢(氘)材料，应用于核化学与能源工业，部分应用场景下需对其中的氢/氘进行回收。但是氢(氘)化锂热稳定性非常高，分解温度达到850℃，无法在温和的条件下对其中的氢/氘进行回收。通常采用加入活化剂的方法对氢(氘)化锂进行活化，使其在较低的温度下分解释氢/氘，达到回收其中氢/氘气体的目的。目前采用两类材料作为活化剂：一类为低熔点金属，另一类为氧化硅等无机氧化物。其中低熔点金属可在400℃附近与氢化锂发生反应放出氢气，但其问题在于反应的生成物为锂的合金，氢易在金属中滞留，这样给氢的深度回收造成困难。氧化硅等无机氧化物为常用的氢化锂分解的活化剂，反应产物中残余的氢量较小，但完全反应的温度较高(690℃以上)。相较两种材料，为从氢(氘)化锂中深度回收氢/氘，无机氧化物是较好的选择，但是如何进一步降低反应温度以及提高回收率是该方法的难点。因此，本专利技术提供了一种高效深度回收氢/氘化锂中氢/氘的方法。出人意料地，该方法可以使氢/氘化锂在较低的温度下释放出氢/氘气，且氢/氘的回收率可高达99.5％以上。
技术实现思路
针对现有技术在氢/氘化锂中回收氢/氘中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种在较低温度下可高效深度回收氢/氘的方法。本专利技术采用的技术方案如下：一种高效深度回收氢/氘化锂中氢/氘的方法，包括将多孔氧化物作为活化剂与氢/氘化锂反应，回收氢/氘的步骤。上述高效深度回收氢/氘化锂中氢/氘的方法，先将多孔氧化物加热至400～500℃，焙烧0.5～1h，冷却后与氢/氘化锂均匀混合，加热释氢/氘，回收氢/氘。先将多孔氧化物加热预处理有利于去除其中的杂质，使反应后的气体中杂质含量降低。上述高效深度回收氢/氘化锂中氢/氘的方法，所述多孔氧化物与氢/氘化锂加热释氢/氘的温度为300～620℃。用氧化物作活化剂的现有技术，氧化物与氢化锂的完全反应温度通常至少需要高达690℃以上，本专利技术的专利技术人意外发现多孔氧化物可以降低反应能垒，进而在较低温度下即开始反应，特别是结合多孔氧化物的预处理，效果非常显著。本专利技术方法可采用的低温范围现有技术方法无法完全反应，而在相同的高温下，本专利技术方法反应更快，耗时更短，且同时保证了气体回收率和气体的纯度，回收率高达99.5％以上。上述高效深度回收氢/氘化锂中氢/氘的方法，所述多孔氧化物选自介孔二氧化硅SBA-15、微孔二氧化硅/氧化铝MCM-41、MCM-22、介孔二氧化钛中的一种或几种，优选为介孔二氧化硅。优选所述多孔氧化物的密度小于1g/cm3。上述高效深度回收氢/氘化锂中氢/氘的方法，具体包括以下步骤：1)反应装置的设计与集成：反应装置包括真空泵1、高纯氩气装置2、流通式反应器3、压力传感器4、铀床5、气体标准罐6和气相色谱7，各装置之间按照常规连接方式通过阀门和不锈钢管道连接；2)反应装置的漏率检验：将系统通过真空泵1抽空至2Pa后，充氦气至1.5MPa并保压1h；3)物料前处理：将多孔氧化物加热至400～500℃，高温焙烧0.5-1h；4)物料混合：将3)处理并冷却后的多孔氧化物与氢化锂均匀混合，所述氢化锂的含量为5％-85wt％；5)加热释氢/氘：将步骤4)中的混合物置于流通式反应器3中并接入系统，将反应系统抽空至2Pa以下后，将反应器加热至300～620℃；6)反应后处理：计量气体标准罐6内的氢/氘气体体积，并采用气相色谱7分析气体组成，然后将气体回收至铀床5内待用。所述流通式反应器3由不锈钢外包壳、粉尘过滤器、加热器及测温热电偶组成，床体采用法兰式结构密封。所述铀床5由外包壳、粉尘过滤器、加热器及测温热电偶组成，床体采用全封焊结构，床内封装铀颗粒，颗粒度为20～80目，用来吸收反应产生的氢同位素气体。所述气体标准罐6为一体积为2L的圆柱状不锈钢容器，用来进行氢同位素气体的暂存和体积计量，装置运行时，标准罐一端与压力传感器连通，可通过压力传感器实时观察罐内压力变化情况，压力传感器4记录气体的压力，至压力数值不再变化时，认为反应结束。所述高纯氩气装置2用于为气相色谱7提供载气及吹洗系统用。上述这些设备都可以通过常规商购途径获得。根据本专利技术的一些具体实施例，上述步骤2)反应装置的漏率检验，要求漏率小于1.0×10-9·Pa·m3·s-1。根据本专利技术的一些具体实施例，上述步骤3)在空气、氮气、氩气气氛或者真空条件下进行焙烧，优选在空气中焙烧。上述高效深度回收氢/氘化锂中氢/氘的方法，步骤3)还包括将多孔氧化物粉碎至1nm-50μm。上述高效深度回收氢/氘化锂中氢/氘的方法，步骤4)的物料混合后可以为粉末状、也可以压片。本专利技术的一些实施例将混合物压成片状后装入反应器。作为优选的技术方案，步骤(4)混合的物料，所述氢/氘化锂的含量为20％-40wt.％。在该含量比例下能同时兼顾反应的效果和回收效率。作为优选的技术方案，步骤(4)加热释氢/氘中，将反应器加热至400-610℃。本专利技术提供的高效深度回收氢/氘化锂中氢/氘的方法，通过合理利用多孔氧化物，增加反应物的比表面积、减小反应物的颗粒尺寸显著降低反应能垒，从而达到降低反应温度的效果，使氢化锂在较低的温度下释放出氢气，反应温度的起始温度甚至可以低至300℃，而现有技术方法在该温度下几乎不发生反应，需要在510℃以上开始反应，这样的改进效果在能耗、安全、成本等多方面都具有显著的优势。具体而言，本专利技术的方法具有以下有益效果：1)本专利技术操作简单，成本低廉，可用于大规模的实验；2)本方法中使用的多孔氧化物密度与氢(氘)化锂相当，且有很大的比表面积，有较高的反应活性，反应温度低，氢/氘的回收效率高；3)本方法的产物中氢/氘的残留量小，组成单一且环境友好，便于处理。附图说明图1是本专利技术深度回收氢/氘化锂中氢/氘的装置示意图；真空泵1、高纯氩气装置2、流通式反应器3、压力传感器4、铀床5、气体标准罐6、气相色谱7，各装置按图用阀门和不锈钢管道连接；图2是本专利技术实施例1中原料混合物的XRD谱；图3是本专利技术实施例1中反应生成物的XRD谱；图4是本专利技术实施例1中原料释氘过程中释放的氘压与反应温度的关系图；1是温度-时间变化曲线，2是氘压-时间变化曲线，300℃左右混合物开始反应，并随着温度的升高氘的释放量增大(氘压升高)，且反应速率较快，反应至600℃附近时，反应接近完成。具体实施方式以下仅为本专利技术较佳的一些实施方式，不应该将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本专利技术上述内容所实现的技术均属于本专利技术保护的范围。实施例1参照图1安装装置，将系统抽空至2Pa后充He至1.5MPa并保压1h，检漏至漏率小于1.0×10-9·Pa·m3·s-1后待用。将介孔二氧化硅SBA-15(密度小于1g/cm3)在空气气氛下加热至500℃，高温焙烧0.5h，并粉碎至100nm以下。将焙烧后的介孔二氧化硅SBA-15与氘化锂按照64：36重量比均匀混合，在氮气保护的条件下以25Mpa压力将混合物压成片状并装入反应器。将反应器接入系统并将系统抽真空至2Pa以下，加热至300℃氘化锂开始分解放出氘气。将分解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效深度回收氢/氘化锂中氢/氘的方法，其特征在于，包括将多孔氧化物作为活化剂与氢/氘化锂反应，回收氢/氘的步骤。

【技术特征摘要】
1.一种高效深度回收氢/氘化锂中氢/氘的方法，其特征在于，包括将多孔氧化物作为活化剂与氢/氘化锂反应，回收氢/氘的步骤。2.根据权利要求1所述的高效深度回收氢/氘化锂中氢/氘的方法，其特征在于，先将多孔氧化物加热至400～500℃，焙烧0.5～1h，冷却后与氢/氘化锂均匀混合，加热释氢/氘，回收氢/氘。3.根据权利要求1所述的高效深度回收氢/氘化锂中氢/氘的方法，其特征在于，所述多孔氧化物与氢/氘化锂加热释氢/氘的温度为300～620℃。4.根据权利要求1所述的高效深度回收氢/氘化锂中氢/氘的方法，其特征在于，所述多孔氧化物选自介孔二氧化硅SBA-15、微孔二氧化硅/氧化铝MCM-41、MCM-22、介孔二氧化钛中的一种或几种，优选为介孔二氧化硅。5.根据权利要求1所述的高效深度回收氢/氘化锂中氢/氘的方法，其特征在于，所述多孔氧化物的密度小于1g/cm3。6.根据权利要求1所述的高效深度回收氢/氘化锂中氢/氘的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：1)反应装置的设计与集成：反应装置包括真空泵(1)、高纯氩气装置(2)、流通式反应器(3)、压力传感器(4)、铀床(5)、气体标准罐(6)和气相色谱(7)，各装置之间按照常规连接方式通过阀门和不锈钢管道连接；2)反应装置的漏率检验：将系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：把静文，熊义富，巫泉文，闫霞艳，李瑞，敬文勇，刘卫东，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51