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氘气(CAS:7782-39-0)的化学性质与氢气(CAS:1333-74-0)相同,可以发生普通氢所有的化学反应,并能够生成相应化合物,在制备氘化锂、氘化钠等氘代试剂反应中有着重要作用。
那么氘气是如何制备出的呢?目前主要氘气制备技术有:液氢精馏技术、电解重水技术、金属氢化物技术、激光技术、气相色谱技术等等。
下面简单介绍几种氘气制备技术[1]:
氘是氢的同位素,天然氢中氘含量是0.013到0.015。氘沸点为23.5K,氢的沸点为20.38K,HD沸点为22.13K。所以理论上采用精馏液氢制备氘气是完全可以实现的。通常情况下低温精馏时,首先浓缩的是HD,但HD必须经催化剂转化为D2、HD、H2平衡混合物后才能继续精馏浓缩,才能进一步制备。当前液氢精馏技术中低温精馏分离技术多采用JET低温精馏系统来实现氘气制备。但精馏技术回流需要消耗大量能量,能耗问题突出,所以经济性并不理想,在能耗方面有待改进。
重水电解技术采用电解水装置,以碱金属的氘氧化物为电解质或固体聚合物电解重水。虽然通过该技术制备氘气纯度较高,但仍需要对已制备的氘气进一步纯化。纯化重点是去除杂质,降低氘气所含的氢同位素杂质氕,但氕去除难度较大,处理工艺十分复杂。并且电解过程中能耗问题也十分突出,应用中降低工作电压,提高能量效率的主要策略有:减小电极间距离、提高工作压力、提高工作温度、改变电极材料、使用添加剂等。
气相色谱法发明于一九五二年,其应用领域十分广泛。一九五七年,气相色谱法被成功用于于氘气制备。目前氢同位素主流气相色谱分离技术有H2-顶替色谱法、迎头色谱法、冲洗色谱法、自我顶替色谱法。H2-顶替色谱法制备量大,回收率和浓缩率最高,但工艺相对复杂。迎头色谱法工艺相对简单,适合从天然氢中制备氘气。冲洗色谱法制备氘气纯度较低,不能满足需求,因此较少采用。自我顶替色谱法具有着无载气、浓缩率高、回收率适中等优点,是最为理想的色谱制氘技术。