文档介绍：自然界中已知的107个化学元素有近270个稳定同位素,质量最小的是氢元素,它有氕(1H)和氘(2H即D)两种稳定性同位素,由此组成的水1H2O和2H2O(即D2O)分别称为氕水(轻水)和氘水(也称重水)。天然水中氘的丰度很低,一般为150󰀂10-4atom%,低氘水(又称贫氘水或无氘水)是指氘丰度低于天然丰度的水,是一种稳定性同位素产品。
自从人类发现同位素以来,同位素的制备技术和同位素产品的应用研究不断得到发展,同位素产品在生命科学、核科学、生物学、医药学、地质学、农业科学等高科技研究领域发挥重要作用。氢同位素也是如此,1931年氘被发现至今,重水的分离方法和应用范围取得了重大突破,对各国的经济和军事
发展产生了深刻影响;而低氘水的研究则滞后于重水,是近年国外核医学和水生理学领域的研究成果。
�低氘水的制备
国内关于低氘水的研究报道较少,有些关于低氘水制备的专利技术,但大多缺乏实质性的研究内容。国外有不少国家涉足低氘水的研究,如匈牙利、乌克兰、罗马尼亚、俄罗斯、美国等国家的相关研究机构纷纷公开其研究成果:早在1992年,匈牙利Somlyai等人研制了用普通水经蒸馏制取低氘水的方法,获得氘丰度15~30󰀂10-4atom%的产品;1997年,匈牙利Somlyai等人又通过电解、蒸馏及其它方法的进一步研究,󰀂10-4atom%;1995年乌克兰Nikolaevich等公开了一种高真空汽化水的方法制取低氘、氚的应用水1998年罗马尼亚RegiaAutonomaActivitatiNucleareSucur采用自来水或重水厂的废水,真空蒸馏得到低氘水;俄罗斯国家科学院也做过大量的水蒸馏研究工作;美国公开了以海水为原料生产低氘水的装置技术。
纵观国内外的研究报道,低氘水主要以水为原料,采用分离方法制备而得。低氘水的分离原理虽然简单,但由于天然水中氘同位素丰度极少且氢同位素的分离系数小,因此分离氘是很困难的,力求寻找能耗低、投资少、经济上适合工业规模的生产方法是研究重点。
就分离方法而论,低氘水的分离方法有化学交换法、蒸馏法、电解法、热扩散法、膜扩散吸附法、离心法、激光法等方法以及上述几种方法的组合,但作为工业化生产的方法主要推荐化学交换法和蒸馏法。
󰀁化学交换法
化学交换法是分离氢同位素的方法之一,它根据热力学同位素效应,利用同位素在不同化学组分间的分配不同而达到分离的目的。依据操作过程的不同,化学交换法又可分成单温法和双温交换法。单温交换法的典型过程是H2O󰀁H2交换法,双温交换法的典型过程是H2S󰀁H2O交换法。除H2O󰀁H2交换法外,其它化学交换法生产的低氘水不适宜用作饮用水。
󰀁蒸馏法
蒸馏法是分离液相混合物的经典方法,是利用不同组分蒸汽压的差别来实现分离的,由于同位素分子变种的蒸汽压相差甚小,水蒸馏分离制备低氘水的能耗较高,但是水蒸馏法操作简单可靠,生产过程无污染,是一种较容易实现的方法。
󰀁电解法
电解法是一种古老的分离方法,水电解时,阴极上析出氢气,阳极上析出氧气,由于水溶液中氘离子在阴极上电析速度比氕离子慢得多,因此在阴极上析出的氢气中氕离子获得富集,由此氢气和氧气可合成低氘水。
2󰀁低氘水的应用
同一元素的同位素,在物理化学和核性质上是有差异的,这种差异