高导热5A分子筛复合材料的制备及其氩同位素吸附性能研究
发布时间：2021-01-26 08:41
核聚变能是一种可持续、清洁的新型能源,也是解决日益严峻的能源危机、环境污染等问题的有效手段,能满足未来高度发达工业化的需要。氢同位素分离是氘氚燃料循环再利用的关键,也是核聚变堆的核心。氢同位素高效分离有助于实现核聚变过程氘氚燃料自持、降低运行成本。目前,大部分氢同位素分离材料研究都聚焦在通过材料微观结构设计提升氢同位素吸附分离性能,而通常忽略整个吸附分离过程的热管理效应。鉴于此,本文以多孔材料吸附及材料热传导理论为基础,并借鉴国内外聚合物导热复合材料的研究思路,选择商业5A分子筛作为研究对象,详细研究了导热填料种类（氮化硼、石墨片、石墨烯及聚硅氧烷）与含量,以及导热网络对5A分子筛复合材料导热性能和氢同位素吸附性能的影响,探讨了材料导热性能与氢同位素吸附之间的契合关系,形成了材料设计-热导/氢同位素吸附性能调控技术。具体研究内容如下:（1）为了提升5A分子筛的导热性能,分别选取氮化硼和石墨片（含量:0 wt%～30 wt%）,采用粉末混合法、模压成型以及焙烧工艺制备了 5A/氮化硼和5A/石墨复合材料;采用XRD、SEM、FT-IR等技术表征了复合材料的结构和形貌;利用导热测试仪和红外...
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：112 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２低温蒸馏法分离屮／０２的流程图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ｈ２／Ｄ２?ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｂｙ?ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ?ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ．??
形成金属氢化物时具有氢同位素效应。首先，将惰性气体（通??常为氦气）引入填充有分离材料（常用的是载靶材料）的色谱柱中进行缓冲，然后导??入氢同位素混合气体，在色谱柱内产生混合吸附区，待吸附达到稳定后，将纯氢气当??作置换气体注入。鉴于氢同位素效应，纯氢气优先置换出混合吸附区段内重的氢同位??素，并将其推动到色谱柱的前列，形成一个新的吸附区。随着置换的持续进行，纯的??氢同位素色谱带逐渐生成，重的氢同位素的色谱带位于最前部，而色谱柱的最后部是??氢气的色谱带。置换色谱法分离过程示意图见图１．４１１２］。??ｎｎ?ｊ，?１?／?，?１?／??ｍｉｉＭｄｌＡＬｍ???，??，????（ａ）?（ｂ）?（ｃ）?（ｄ）??图１．４氢同位素置换色谱法分离示意图１１２１??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ?ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ．??通常，钯－氢体系一般只能用来高效分离含氢的同位素混合气体。如果用于氘氚的??分离，就需要更长的色谱柱或者采用其他方法。除此之外，分离完成后的缓冲区域也??较长，纯氚的含量较低。??１．２．１．５?热循环吸附法（Ｔｈｅｒｍａｌ?Ｃｙｃｌｉｎｇ?Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ?Ｐｒｏｃｅｓｓ，?ＴＣＡＰ）??热循环吸附法是（ＴＣＡＰ）是由Ｌｅｅ［３９］率先提出的，该实验室从１９８０年便开始对??这种方法进行详细的研究［４（Ｍ１］。自１９９２年起，我国陆光达等［４２］开始对ＴＣＡＰ进行初步??研宄。经过数十年的研宄，在分离柱结构、分离材料、分离系统运行和控制等方面取??６??
?高导热５Ａ分子筛复合材料的制备及其氢同位素吸附性能研究???得了显著地进步｜４３］。图１．５１４４１给出了?ＴＣＡＰ的装置原理图，装置由填充有分离材料（通??常为载钯材料）的分离柱和回流柱构成，运行期间，分离柱要经受高、低温循环过程。??近年来，黄国强等获得了一定的成绩，他们设计并建立了?ＴＣＡＰ实验装置（见图１．６），??而且通过实验验证了氢氘混合气（氘的体积分数为４９．３?％）的分离性能，研宄发现，??３０个循环后，柱底端的氘丰度高达９８．８?％１４４］。??加热?Ｉ??冷却：：：．．＾?：：：?Ｈｎ??：：ｉ?＊＇：＇？?？?：：ｉ??ｒ．Ｈ??进料一Ｐｄ／Ｋ?：ｊｉ?ＰＦＲ??｜４．｜??｜?．Ｍ??！冬丨ｉ：????ｉｉ??产品??图１．５热循环吸附分离原理图１４４１??Ｆｉｇｕｒｅ?１．５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＴＣＡＰ．???Ｈ２＋Ｄ２??冷刼循坏系条Ｉ??Ｂ！??＾?Ｌｉｒ１１?？?０１?娜?ｕ??—??１１?ｋｔ捧规ｉ?产品气接受床??图１．６?ＴＣＡＰ分离实验装置示意图１４４１??Ｆｉｇｕｒｅ?１．６?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＴＣＡＰ?ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｄｅｖｉｃｅ．??７??
本文编号：3000813
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：112 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２低温蒸馏法分离屮／０２的流程图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ｈ２／Ｄ２?ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｂｙ?ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ?ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ．??
形成金属氢化物时具有氢同位素效应。首先，将惰性气体（通??常为氦气）引入填充有分离材料（常用的是载靶材料）的色谱柱中进行缓冲，然后导??入氢同位素混合气体，在色谱柱内产生混合吸附区，待吸附达到稳定后，将纯氢气当??作置换气体注入。鉴于氢同位素效应，纯氢气优先置换出混合吸附区段内重的氢同位??素，并将其推动到色谱柱的前列，形成一个新的吸附区。随着置换的持续进行，纯的??氢同位素色谱带逐渐生成，重的氢同位素的色谱带位于最前部，而色谱柱的最后部是??氢气的色谱带。置换色谱法分离过程示意图见图１．４１１２］。??ｎｎ?ｊ，?１?／?，?１?／??ｍｉｉＭｄｌＡＬｍ???，??，????（ａ）?（ｂ）?（ｃ）?（ｄ）??图１．４氢同位素置换色谱法分离示意图１１２１??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ?ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ．??通常，钯－氢体系一般只能用来高效分离含氢的同位素混合气体。如果用于氘氚的??分离，就需要更长的色谱柱或者采用其他方法。除此之外，分离完成后的缓冲区域也??较长，纯氚的含量较低。??１．２．１．５?热循环吸附法（Ｔｈｅｒｍａｌ?Ｃｙｃｌｉｎｇ?Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ?Ｐｒｏｃｅｓｓ，?ＴＣＡＰ）??热循环吸附法是（ＴＣＡＰ）是由Ｌｅｅ［３９］率先提出的，该实验室从１９８０年便开始对??这种方法进行详细的研究［４（Ｍ１］。自１９９２年起，我国陆光达等［４２］开始对ＴＣＡＰ进行初步??研宄。经过数十年的研宄，在分离柱结构、分离材料、分离系统运行和控制等方面取??６??
?高导热５Ａ分子筛复合材料的制备及其氢同位素吸附性能研究???得了显著地进步｜４３］。图１．５１４４１给出了?ＴＣＡＰ的装置原理图，装置由填充有分离材料（通??常为载钯材料）的分离柱和回流柱构成，运行期间，分离柱要经受高、低温循环过程。??近年来，黄国强等获得了一定的成绩，他们设计并建立了?ＴＣＡＰ实验装置（见图１．６），??而且通过实验验证了氢氘混合气（氘的体积分数为４９．３?％）的分离性能，研宄发现，??３０个循环后，柱底端的氘丰度高达９８．８?％１４４］。??加热?Ｉ??冷却：：：．．＾?：：：?Ｈｎ??：：ｉ?＊＇：＇？?？?：：ｉ??ｒ．Ｈ??进料一Ｐｄ／Ｋ?：ｊｉ?ＰＦＲ??｜４．｜??｜?．Ｍ??！冬丨ｉ：????ｉｉ??产品??图１．５热循环吸附分离原理图１４４１??Ｆｉｇｕｒｅ?１．５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＴＣＡＰ．???Ｈ２＋Ｄ２??冷刼循坏系条Ｉ??Ｂ！??＾?Ｌｉｒ１１?？?０１?娜?ｕ??—??１１?ｋｔ捧规ｉ?产品气接受床??图１．６?ＴＣＡＰ分离实验装置示意图１４４１??Ｆｉｇｕｒｅ?１．６?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＴＣＡＰ?ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｄｅｖｉｃｅ．??７??
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