高纯氘气生产方法简介

氘清单

氘，也称为重氢，符号D或2H，是氢的同位素。氢含有0.02%的氘。重氢在天然水中的浓度
约为150ppm（百万分之150）。氘符号12H或D。分子量4032。无色无味的气体。熔点
-254.6℃（16.132kPa），沸点-249.7℃。易溶于水和其他液体。天然水通常由两个氢原子
和一个氧原子组成，但氢原子有三种不同质量的同位素：氢（H，氢）、氘（D，重氢）和氚
（T，超重氢），原子量为1,2,3。氘的大部分物理和化学性质与氢相似，在大多数情况下，氘
的反应性略低于氢。氘主要以重水和氘气的形式使用。

1931年末，美国研究人员Harold Clayton Urey通过蒸发后的光谱探测发现了重氢（氘，D）。
尤里于1934年获得诺贝尔化学奖。

如果人体内氘过多，就不能产生足够的能量，从而导致疲劳、癌症和各种慢性病。许多人之所
以患有这种疾病，是因为他们的内部环境中氘含量过高，这可归因于各种原因，如转基因食品、
工业食品和沿海生活。

在工业食品中，氘含量相对较高，过量摄入这类食品会增加人体内的氘含量。如果体内的氘水
平过高，很难调节到正常水平（130 ppm），而且氘太重，会干扰蛋白质和DNA，从而导致
癌症。20%的癌症患者的基因没有突变，但氘会导致DNA生长和细胞持续分裂。

氘气生产技术

1.液氢蒸馏技术

氘是氢的同位素，天然氢的氘含量在0.013到0.015之间。氘的沸点为23.5K，氢的沸点为
20.38K，HD的沸点为22.13K。理论上，利用液态氢的蒸馏来生产氘气是完全可能的。通常，
在低温蒸馏中，第一浓度为HD，但在继续蒸馏浓缩和进一步处理之前，HD必须通过催化剂
转化为D2、HD和H2平衡混合物。目前，液氢蒸馏中的低温蒸馏技术主要采用JET低温蒸馏
系统生产氘气。然而，蒸馏技术的回归对能源消耗要求很高，能源消耗问题严重，经济性不
理想，能源消耗还有提高的空间。

2.钨电解技术

重水电解技术使用电解水装置，该装置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。尽管通过该技术生产的氘气体的纯度相对较高，但是生产的氘气的纯化仍然是必要的。
提纯的重点是去除杂质，减少氘气中所含的氢同位素杂质质子，但去除质子的难度很大，加工
过程非常复杂。此外，电解过程中的能耗问题非常明显：在应用中，降低操作电压和提高能效
的主要策略是减少电极之间的距离、增加工作压力、提高操作温度、改变电极材料和使用添加
剂。

3.气相色谱法

气相色谱法发明于1952年，具有广泛的应用。1957年，气相色谱法成功地用于生产氘气。目
前，常用的氢同位素气相色谱分离技术有H2过渡色谱、前色谱、冲洗色谱和自转移色谱。H2
过渡色谱法制备量大，产率和浓缩率最高，但工艺相对复杂。主要色谱过程相对简单，适用于
从天然氢中生产氘气。冲洗色谱法生产的氘气纯度较低，不能满足要求，因此很少使用。独立
色谱法具有无载气、浓缩率高、回收率适中的优点[4]，是最理想的色谱氘生产技术。