[发明专利]氢同位素气相交换疏水催化剂活性评价装置及评价方法

说明书

本发明提供的是一种氢同位素气相交换疏水催化剂活性评价装置及评价方法。包括气体控制单元、水饱和单元、催化反应系统、样品收集单元和温度控制系统；水饱和单元包括一级水饱和器和二级水饱和器；催化反应系统包括反应管；样品收集单元包括冷凝收集含氘水样品的冷凝管和液氮冷却收集含氘水样品的冷阱；所述的温度控制系统由四个独立的温度控制单元构成，分别控制一级水饱和器、二级水饱和器、反应管和冷凝管的温度。本发明采用氢气经两级含氘水饱和后经过催化剂床层进行气相氢同位素交换反应，采用回流冷凝和/或冷阱收集含氘水，红外方法定量分析交换前后水中氘含量，评价催化剂的催化性能。本发明操作简单、适于实验研究阶段催化剂的性能评价。

技术领域

本发明涉及的是一种废水处理装置，具体地说是一种氢同位素气相交换疏水催化剂活性评价实验室装置。

背景技术

伴随着核工业的迅速发展，核能将会在我国能源领域扮演越来越重要的作用，各类核反应堆、核化工燃料后处理装置的建立，每年都将会产生大量的含氚重水，促使人们意识到高效污水处理措施在环境保护方面的重要性。虽然我国国标《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》将氚列入低毒性放射性核素，但并不意味氚的危害可以被忽略。我国发布的GB6249-2011规定，内陆核电站排放口一千米处受纳水体中(除氚和碳-14)总β放射性不超过1Bq/L，氚浓度不超过100Bq/L。氢水同位素交换工艺在重水提氚、重水生产方面有广泛的应用。常规放射性核素的去除手段如吸附、过滤、蒸发、离子交换、膜技术等几乎不可能将HTO与H2O分离出来。现有核电站缺乏对含氚废水的处理装置，大部分氚被排放到环境中。尤其是内陆核电站的建设提到日程，含氚废水的问题将会日益突出。核电站含氚废水具有浓度低、处理量大的特点。目前已公开的含氚水处理工艺多是用于含氚重水的处理，且多为氚的稀释过程。基于此，国内在水中氚分离及氚回收等方面进行了较大量的工作且有专利公开报导。公开号为CN107767981A、名称为“基于CECE法的核电站含氚水处理方法及装置”的专利文件中，提出的方法涉及一种基于CECE法核电站含氚水处理装置，包括液相催化交换柱、电解槽，将含氚水电解为含氚的氢气，然后经液相催化交换柱去除氢气中的氚。该技术方案评价的是疏水催化剂催化气相交换和亲水填料表面进行液相交换的联合催化过程。中国工程物理研究院核物理与化学研究所的专利文件中(CN107705867A，一种含氚水的去氚化处理装置及方法)公开了一种含氚水的去氚化处理装置及方法，装置包括进料系统、水精馏单元、级联系统、联合电解催化交换单元、氚水储存容器和热泵节能系统。采用两级处理工艺，以水精馏作为初级贫化及减容工艺，实现大容量低浓含氚水的达标排放贫化；以联合电解催化交换工艺作为次级高效减容工艺，实现不同倍数的含氚水贫化和减容处理。中国工程物理研究院材料研究所的专利文件(CN 106693703 A，一种置换色谱氢同位素分离装置)中公开了一种置换色谱氢同位素分离装置，包括机架、冷却部件、分离柱、供气部件、集气部件、升降部件和驱动部件。应用分离材料置换分离对氢及其同位素的不同吸附作用，通过驱动部件驱动升降部件来精确控制分离柱的升降位置，使分离柱降入或者升离冷却部件，实现分离材料在不同温度条件下对氢同位素的吸附或者解吸，保证氘氚同位素在分离材料中停留的高比率。中国工程物理研究院核物理与化学研究所的专利文件(CN204661319U，重水同时升级和除氚装置)中公开了一种重水同时升级和除氚装置，包括催化交换反应装置、气体除杂装置和多级精馏装置，避免了传统重水除氕和除氚采用两套独立的工艺的缺点，实现同时除氕和除氚的目的。中国工程物理研究院核物理与化学研究所的专利文件(CN101149438A，一种测氚装置及测氚方法)中公开了一种测氚装置及测氚方法，装置含有电流收集极、变径保护环和敞口不锈钢桶体。被测气体通过不锈钢桶壁上的孔扩散至桶体内，在负压和常压下测定氚浓度。以上技术方案所报道的方法分别是氚分离回收的可实用化装置或者监测氚浓度的方法，适用于电解产氢的气液交换体系，可评价的是催化剂和填料表面进行气液交换反应的催化剂性能，无法独立考察催化剂本身的催化性能。事实上，催化剂表面所进行的是气-气交换过程，这一交换反应进行的程度真实地反映了催化剂的性能。

发明内容