[实用新型]对称式电解纯净水同时制备重水和重氧水装置

说明书

本实用新型涉及一种对称式电解纯净水同时制备重水和重氧水装置。该装置由电解池、净化器和化合器对称连接组成。装置中双标纯净水(D₂¹⁸O)在电解池的SPE膜表面电解为¹⁸O₂和D₂，天然纯净水(H₂O)在电解池的SPE膜表面电解为O₂和H₂，这四种气体分别经过各自的净化器后净化为高纯气体。¹⁸O₂与H₂在重氧水化合器中反应收集得到重氧水(H₂¹⁸O)，同时O₂与D₂在重水化合器中反应收集得到重水(D₂O)。旋液室、冷凝室、脱除室(脱氧或脱氢)、干燥室等整合进不锈钢管内，为一体式净化器；混合管、化合器反应端、产品冷凝器、产品收集器，整合进不锈钢管内，为一体式化合器。本装置结构简单，运行稳定，产品损失极少，重氧水收率较高。

技术领域

本实用新型属于稳定同位素分离提纯技术领域，尤其涉及一种用于将双标纯净水加工成重水和重氧水的装置。

背景技术

天然水中的氢有2中稳定同位素：氕(¹H)和氘(²H)，氧有3重稳定同位素：氧16(¹⁶O)、氧17(¹⁷O)和氧18(¹⁸O)。它们之间可以组成九种稳定同位素水分子。其中氧18 元素与天然浓度的氢元素构成重氧水，又叫氧18水(分子式H₂¹⁸O)。氘与天然浓度的氧元素构成重水(分子式D₂O)。

重水主要用于核反应堆中作减速剂，它可以减小中子的速率，使之符合发生裂变过程的需要。重水和氘也是在研究化学和生理变化中是一种宝贵的示踪材料，也可制备氘代试剂。

重氧水中的氧18(¹⁸O)可以通过回旋加速器轰击变为氟18离子，可以用氟18离子标记FDG，制备正电子显像剂¹⁸F-FDG。由于该显像剂用于核医学正电子发射计算机断层显像诊断技术，使得高浓重氧水需求量大增，使得纯净水精馏富集双标水的工艺得到前所未有的发展。而水精馏得到的双标纯净水(分子式D₂¹⁸O)不能直接进入回旋加速器，需要将双标纯净水分离为重氧水(分子式H₂¹⁸O)。而现有的工艺主要缺点在于：一、电解过程中通常需要加入KOH作为电解质，引入了氧元素，降低了氧的丰度；二、氕气为99.99％的高纯钢瓶装氢气，原料昂贵；三、电解产生的氘气和氧18气体从水中冒出带走双标纯净水液滴，该双标纯净水液滴通过干燥剂回收后浓度降低，降低了重氧水收率。鉴于以上存在的缺点，有必要对现有技术中的装置进行合理化的改进，本实用新型的技术方案便是基于以上背景产生的。

发明内容

本实用新型装置提供一种对称式电解纯净水同时制备重水和重氧水的装置。该装置主要包括：双标电解池(E1)、纯净水电解池(E2)、氧18路净化器(M1)、氕路净化器 (N1)、重氧水化合器(R1)、氘路净化器(M2)、氧16路净化器(N2)和重水化合器 (R2)。装置中各设备对称连接，结构紧凑，简单美观。

氧18路净化器(M1)下端与氧18除沫器(A3)、双标电解池(E1)和氧18疏水阀 (A22)连接，上端与氧18路止回阀(A9)连接。氕路净化器(N1)下端与氕除沫器(B3)、纯净水电解池(E2)和氕疏水阀(B22)连接，上端与氕路止回阀(B9)连接。氧 18路止回阀(A9)和氕路止回阀(B9)通过氧18混合管(C1)与重氧水化合器(R1)连接。重氧水化合器(R1)下端为重氧水产品出料阀(C4)。重氧水化合器(R1)和重水化合器(R2)的反应端(C2和C6)外壁内置于管式炉中控温。