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新型重水生產(chǎn)工藝的流量控制

更新時間:2024-12-05點擊次數(shù):251

水也有輕重之分嗎?當然,平日里我們所喝的水就是輕水",而與之相對的則是重水"。


什么是重水呢?


顧名思義,就是比普通的水要重,我們?nèi)粘K嬘玫妮p水的分子質(zhì)量為18.0153,而重水的分子質(zhì)量為20.0275。重水"在哪里?問題就出在氫上。


自然界中一共有3種氫,分別為氕、氘、氚,它們互為彼此的同位素。它們都含有一個質(zhì)子和一個核外電子,而最大的區(qū)別就在質(zhì)量上,氕的質(zhì)量是最小,其次是氘,氚最重。之所以質(zhì)量不同,是因為它們的原子核不同,氕的原子核內(nèi)只有1個質(zhì)子,沒有中子,氘核則由1個質(zhì)子和1個中子構(gòu)成,而最重的氚核內(nèi)有1個質(zhì)子和2個中子。


普通的水由2個氕原子和1個氧原子構(gòu)成,而重水則由2個氘原子和1個氧原子構(gòu)成,因此重水其實"在了氫上。



一提到重水,人們常常把它與核電站聯(lián)系起來。沒錯,重水確實是核電站常用的中子減速劑,減小中子速度,控制核裂變過程,也是冷卻劑。


另外,在醫(yī)學中,重水被用作放射示蹤劑,用于可視化和測量生理活動的變化,包括血流、化學吸附、代謝等。在光譜學中,如果氫是標記核素,那么將使用氧化氘作為溶劑,而不是普通水,因為普通水會干擾氫溶質(zhì)分子的信號。


與普通水相比,重水的密度是普通水的10.6倍,粘度更高。此外,作為一種始終穩(wěn)定且非放射性的同位素形式的水,氧化氘在少量情況下對人體無毒且安全。


由于這些特別的性質(zhì)和用途,對重水的需求很高。但是普通水中重水的含量每6000份普通水中只有一份,并且難以分離,傳統(tǒng)的重水生產(chǎn)工藝能源密集且成本高昂。重水的價格可以高達每千克0.5美元至1美元,取決于所需純度。


一種新型的重水生產(chǎn)方法


傳統(tǒng)上,重水是通過水電解、化學交換或普通水的分餾來生產(chǎn)。生產(chǎn)重水具有成本效益的工藝是Girdler 硫化物工藝,但這些分離程序存在著選擇性低和能源需求高的問題。2022年,華南理工大學發(fā)光材料與器件國家重點實驗室顧成研究員與京都大學SusumuKitagawa教授合作報告了通過構(gòu)建兩種多孔配位聚合物(PCPs,或MOF)在室溫下有效生產(chǎn)氧化氘的方法。


1.在研究中,氦氣以10 SCCM 流速在常壓下通入D2OH2O的混合物中,以便用質(zhì)量檢測儀分析水蒸氣,以確定重水與普通水的初始比例。


2.在此步驟之后,將PCPs在真空室中激活,溫度為393K,持續(xù)10小時,去除PCPs中的任何殘留水分。


3.當溫度降至298K,將氦氣注入水中形成蒸汽。


4.停止氣泡,并使氦氣流動以除去水蒸汽,然后將其帶到質(zhì)量檢測儀以確認重水與普通水的分離。


新型重水生產(chǎn)方法的流量調(diào)節(jié)


顯而易見,在重水的制備整個過程中都需要保持高精度和高重復性的氦氣流量。此外,由于存在水蒸氣,Alicat MCS系列和CODA KC系列均可提供理想解決方案:


MCS耐腐蝕系列質(zhì)量流量控制器

l 0.5 SCCM5,000 SLPM,調(diào)節(jié)比范圍 1%- 100%

l NIST可溯源精度高達 ±0.4% 讀數(shù) 或±0.2% 滿量程

l 重復性為±0.2%滿量程

l 控制響應時間快達30毫秒

l 模擬、串行和工業(yè)協(xié)議多種通信選項


CODA KC系列科里奧利流量控制器

l 40 g/h 100 kg/h ,調(diào)節(jié)比范圍 2%-100%

l NIST可溯源精度高達 ±0.5% 讀數(shù)或 ±0.05% 滿量程,以較大值為準

l 重復性為±0.05% 讀數(shù)+ 0.025% 滿量程

l 控制響應時間快達500毫秒

l 串行和工業(yè)協(xié)議多種通信選項




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