氘氣是氫的同位素,又稱(chēng)重氫,化學(xué)符號(hào)為D或2H。氘氣在地球上的豐度為0.015%,它以重水D?O即氧化氘形式存在于海水與普通水中。氘氣由一個(gè)質(zhì)子、一個(gè)中子和一個(gè)電子組成,由1931年美國(guó) H.C.尤里和 F.G.布里克維德在液氫中發(fā)現(xiàn)氘氣。海水中氘的質(zhì)量濃度大約為 30 mg/L。氘氣在軍事、熱核實(shí)驗(yàn)和光纖制造上均有廣泛的應(yīng)用。
氘氣的制備方法主要有以下幾種:
電解重水法:利用電解水裝置將重水進(jìn)行電解,在陰極上產(chǎn)生氘氣,陽(yáng)極上產(chǎn)生氧氣。此方法得到的氘氣純度較高,但需要使用專(zhuān)門(mén)的電解設(shè)備和重水,因此成本較高。
液氫蒸餾法:利用液態(tài)氫的蒸餾技術(shù)生產(chǎn)氘氣。理論上,通過(guò)低溫蒸餾可以將氫同位素中的氘先蒸餾出來(lái),但實(shí)際操作中需要先將HD轉(zhuǎn)化為D2、HD和H2平衡混合物。此方法能源消耗較大,經(jīng)濟(jì)性不理想。
鎢電解法:使用堿金屬氘氧化物作為電解質(zhì)或固體聚合物進(jìn)行重水電解。此方法生產(chǎn)的氘氣純度相對(duì)較高,但提純過(guò)程非常復(fù)雜,且電解過(guò)程中的能耗問(wèn)題較為明顯。
氣相色譜法:利用氣相色譜分離技術(shù)分離氫同位素,如H2過(guò)渡色譜、前色譜、沖洗色譜和自轉(zhuǎn)移色譜等。此方法適用于從天然氫中生產(chǎn)氘氣,但產(chǎn)率和濃縮率較低。
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