氘气是氢的同位素,又称重氢,化学符号为D或²H。氘气在地球上的丰度为0.015%,它以重水D₂O即氧化氘形式存在于海水与普通水中。氘气由一个质子、一个中子和一个电子组成,由1931年美国 H.C.尤里和 F.G.布里克维德在液氢中发现氘气。海水中氘的质量浓度大约为 30 mg/L。氘气在军事、热核实验和光纤制造上均有广泛的应用。
氘气的制备方法主要有以下几种:
电解重水法:利用电解水装置将重水进行电解,在阴极上产生氘气,阳极上产生氧气。此方法得到的氘气纯度较高,但需要使用专门的电解设备和重水,因此成本较高。
液氢蒸馏法:利用液态氢的蒸馏技术生产氘气。理论上,通过低温蒸馏可以将氢同位素中的氘先蒸馏出来,但实际操作中需要先将HD转化为D2、HD和H2平衡混合物。此方法能源消耗较大,经济性不理想。
钨电解法:使用碱金属氘氧化物作为电解质或固体聚合物进行重水电解。此方法生产的氘气纯度相对较高,但提纯过程非常复杂,且电解过程中的能耗问题较为明显。
气相色谱法:利用气相色谱分离技术分离氢同位素,如H2过渡色谱、前色谱、冲洗色谱和自转移色谱等。此方法适用于从天然氢中生产氘气,但产率和浓缩率较低。
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