[发明专利]稀土氧化物担载铂钌双金属的疏水催化剂及其制法和应用

说明书

本发明公开了稀土氧化物担载铂钌双金属的疏水催化剂及其制法和应用，解决现有技术中催化性能低，经济性不好的问题。本发明所述的稀土氧化物担载铂钌双金属的疏水催化剂，以担载铂钌双金属的稀土氧化物为活性组分，以聚四氟乙烯为粘接剂和疏水介质，以金属纤维毡为支撑载体；所述担载铂钌双金属的稀土氧化物中，铂的负载量为0.1wt％～10wt％，钌与铂的原子比为1∶1～10；所述担载铂钌双金属的稀土氧化物与聚四氟乙烯的重量比为1∶1～4；所述催化剂的质量按100％计，所述金属纤维毡的质量占比为30％～70％。本发明设计科学，方法简单，本发明的催化剂具有优异的催化性能，经济性好。

技术领域

本发明属于氢-水同位素交换催化剂技术领域，具体涉及稀土氧化物担载铂钌双金属的疏水催化剂及其制法和应用。

背景技术

大力发展核电是我国为减轻化石能源依赖、确保国家能源安全所做出的一项战略选择。但核反应堆(包括各类型的裂变堆和将来计划建造的聚变堆)及乏燃料后处理厂等核设施的运行会产生大量的含氚废水(含HTO、DTO或T₂O)。与气态氚相比，氚化水对生物体的毒性将显著增大约25000倍。鉴于含氚水的放射性危害，对于含氚轻水(如压水反应堆所产生的废水)，在向环境排放前应进行水去氚化处理，以减轻其对生态环境和公众健康的危害。现阶段，由于我国的核电站均建在沿海地区，含氚轻水一般都直接排向大海，利用巨量的海水进行稀释，从而达到降低危害的目的。但对于近年来我国已着手选址和论证的内陆核电站而言，将含氚轻水直接排向江河则可能给下游的生态环境和公众健康带来潜在的危害。另一方面，对于重水堆而言，其用于中子慢化的重水在反应堆运行一段时间后也必须进行提氚处理，否则会降低重水的中子慢化效率，甚至影响到核电站的安全运行。因此，发展水去氚化(或重水提氚)技术对我国核工业的发展具有十分重要的意义。

目前，可用于水去氚化的技术途径主要包括氢-水同位素液相催化交换(LiquidPhase Catalytic Exchange，简记为LPCE)、蒸气相催化交换(VaporPhase CatalyticExchange，简记为VPCE)以及组合电解/催化交换(Combined Electrolysis CatalyticExchange，简记为CECE)等。其中，LPCE是指氢同位素气体与液态水在催化剂作用下发生同位素交换反应；VPCE是指是氢同位素气体与水蒸气(～200℃)在催化剂作用下发生同位素交换反应；而CECE实质上是将LPCE过程与水电解过程结合在一起，用以实现更高的除氚因子(注：这是由于水的电解过程具有同位素效应，可实现氚的浓集)。综上可知，氢同位素气体与水(液态或气态)之间发生氢同位素交换反应是上述三种水去氚化技术的核心反应过程。在这三种技术途径中，LPCE的操作条件最温和、能耗最低、设备要求也最简单，因此受到了普遍的重视。

由于在100℃以下，水以液态形式存在，为防止水覆盖在活性金属表面阻碍氢气达到催化活性位点(即造成催化剂中毒)，在LPCE工艺中需采用疏水催化剂。目前，在世界各国的LPCE装置中广泛使用的是以铂活性金属的疏水催化剂，主要有三种类型：第一类是直接将铂担载在疏水介质上，如Pt/SDBC(Styrene Divinylbenzene Copolymer，即聚乙烯-二乙烯基苯聚合物)；第二类是先将铂担载在具有高比表面积的载体上(主要包括炭材料、氧化铝、二氧化硅)，然后采用PTFE(Polytetrafluoroethene，即聚四氟乙烯)进行疏水化处理制得疏水催化剂；第三类是先将铂担载在具有高比表面积的载体上，然后与PTFE一起涂覆到不锈钢纤维毡上制得疏水催化剂。贵金属铂由于价格昂贵，是氢-水同位素交换用疏水催化剂的主要成本构成要素。在上述三类疏水催化剂中，第三类疏水催化剂的贵金属铂利用效率相对更高。但该型疏水催化剂还存在如下两方面的问题：一、仅以铂为活性金属，催化活性的调控主要通过使用高比表面载体来提高铂纳米粒子的分散度来实现，调控效果有限；二、目前所采用的载体对氢-水同位素交换反应均是惰性的，其主要作用是提高贵金属铂的分散度，并没有实质上的助催化作用。

因此，提供一种用于氢-水同位素交换的疏水催化剂，具有优异的催化性能且具有良好的经济性，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。