氘的概述

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氘又稱(chēng)重氫，符號(hào)D或2H，氫的一種同位素。氫氣中含氘0.02%。自然界的水中，重氫的含量約為150ppm（百萬(wàn)分之150）。氘符 號(hào)₁²H或D。分子量4.032。無(wú)色無(wú)臭的氣體。熔點(diǎn) -254.6℃ (16.132kPa)，沸點(diǎn)-249.7℃。微溶于水和其他液體。自然界里存在的水一般由2個(gè)氫原子和1個(gè)氧原子組成，但氫原子有質(zhì)量不同的3個(gè)同位素，原子量分別為1，2，3的氕（H，氫）、氘（D ,重氫）、氚（T，超重氫）。氘的大部分理化性質(zhì)類(lèi)似氫，在大多數(shù)情況下，氘的反應(yīng)性較氕稍小。氘主要以重水、氘氣的形式被使用。

1931年底，美國(guó)科學(xué)家哈羅德·克萊頓·尤里（Harold Clayton Urey）在蒸發(fā)了大量液體氫之后，利用光譜檢測(cè)的方法發(fā)現(xiàn)了重氫（氘，D）。尤里因此在1934年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

如果人體內(nèi)氘含量過(guò)多，就無(wú)法生產(chǎn)足夠的能量，隨之而來(lái)就是疲勞、癌癥還有各種慢性病。很多人有這樣的病癥，就是因?yàn)轶w內(nèi)環(huán)境的氘過(guò)多，而這又有很多原因，比如轉(zhuǎn)基因食物、工業(yè)化食品，還有居住于臨海地區(qū)等等。

工業(yè)化食品里面的氘水平是比較高的，這類(lèi)食品食用過(guò)多，就會(huì)是人體氘含量增加。因?yàn)槿梭w細(xì)胞本身就是一個(gè)去氘機(jī)，在正常的代謝過(guò)程中會(huì)去氘，如果體內(nèi)氘水平太高，難以調(diào)整到一個(gè)正常的水平（130ppm），氘比較重就會(huì)攪亂蛋白質(zhì)和DNA，從而引發(fā)癌癥。這其實(shí)不是因?yàn)橹掳┗颍?0%的患癌癥病人基因是沒(méi)有突變的，是氘讓DNA變大，使細(xì)胞不斷分裂。

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氘氣制備技術(shù)

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1、液氫精餾技術(shù)

氘是氫的同位素，天然氫中氘含量是0.013到0.015。氘沸點(diǎn)為23.5K，氫的沸點(diǎn)為20.38K，HD沸點(diǎn)為22.13K。所以理論上采用精餾液氫制備氘氣是完全可以實(shí)現(xiàn)的。通常情況下低溫精餾時(shí)，首先濃縮的是HD，但HD必須經(jīng)催化劑轉(zhuǎn)化為D2、HD、H2平衡混合物后才能繼續(xù)精餾濃縮，才能進(jìn)一步制備。當(dāng)前液氫精餾技術(shù)中低溫精餾分離技術(shù)多采用JET低溫精餾系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)氘氣制備。但精餾技術(shù)回流需要消耗大量能量，能耗問(wèn)題突出，所以經(jīng)濟(jì)性并不理想，在能耗方面有待改進(jìn)。

2、重水電解技術(shù)

重水電解技術(shù)采用電解水裝置，以堿金屬的氘氧化物為電解質(zhì)或固體聚合物電解重水。雖然通過(guò)該技術(shù)制備氘氣純度較高，但仍需要對(duì)已制備的氘氣進(jìn)一步純化。純化重點(diǎn)是去除雜質(zhì)，降低氘氣所含的氫同位素雜質(zhì)氕，但氕去除難度較大，處理工藝十分復(fù)雜。并且電解過(guò)程中能耗問(wèn)題也十分突出，應(yīng)用中降低工作電壓，提高能量效率的主要策略有：減小電極間距離、提高工作壓力、提高工作溫度、改變電極材料、使用添加劑等。

3、氣相色譜法

氣相色譜法發(fā)明于一九五二年，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。一九五七年，氣相色譜法被成功用于于氘氣制備。目前氫同位素主流氣相色譜分離技術(shù)有H2-頂替色譜法、迎頭色譜法、沖洗色譜法、自我頂替色譜法。H2-頂替色譜法制備量大，回收率和濃縮率最高，但工藝相對(duì)復(fù)雜。迎頭色譜法工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，適合從天然氫中制備氘氣。沖洗色譜法制備氘氣純度較低，不能滿(mǎn)足需求，因此較少采用。自我頂替色譜法具有著無(wú)載氣、濃縮率高、回收率適中等優(yōu)點(diǎn)[4]，是最為理想的色譜制氘技術(shù)。